JP2024507379A - Artificial TRAP cage, its use, and method of its preparation - Google Patents
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Abstract
本発明は、架橋剤によって適所に保たれている選択された数のTRAP環を含む人工TRAPケージであって、架橋剤はそれらの特異的な特徴に対して選択され、それによって、ケージは、特異的条件下で、要求に応じて開かれるまたは閉じたままであるようにプログラム可能である、人工TRAPケージを提供する。The present invention is an artificial TRAP cage comprising a selected number of TRAP rings held in place by a cross-linking agent, the cross-linking agents being selected for their specific characteristics, whereby the cage is An artificial TRAP cage is provided that is programmable to open or remain closed on demand under specific conditions.
Description
本発明は生化学分野に属する。本発明は、分子架橋剤によって適所に保たれている選択された数のTRAP環を含む、「TRAPケージ」と呼ばれる人工タンパク質ケージであって、架橋剤はそれらの特異的な特徴に対して選択され、それによって、ケージは、特異的条件下で、要求に応じて開かれるまたは閉じたままであるようにプログラム可能である、人工タンパク質ケージに関する。 The present invention belongs to the field of biochemistry. The present invention is an engineered protein cage, termed a "TRAP cage," containing a selected number of TRAP rings held in place by a molecular cross-linking agent, the cross-linking agent selected for their specific characteristics. relates to an artificial protein cage, whereby the cage is programmable to open or remain closed on demand under specific conditions.
天然におけるタンパク質複合体は、重要でかつ高度に精密な生物学的ナノマシンおよびナノ構造である。天然における大きなタンパク質複合体は、典型的に、非共有結合性相互作用(すなわち、水素結合、疎水性パッキング)によって一緒に保たれたいくつかの個々のタンパク質から構築される。これは、同一のタンパク質サブユニットの多コピーがこのようにして一緒に保たれる、カプシド等のタンパク質ケージにおいて特に顕著である。合成構造生物学において、人工タンパク質会合体を設計しかつ構築し得ることは有用であり得、天然に存在しない特性および能力の導入を潜在的に可能にする。この目標に向けて、既定の方式で個々のタンパク質を一緒に接続する新しい方式が望ましい。 Protein complexes in nature are important and highly precise biological nanomachines and nanostructures. Large protein complexes in nature are typically assembled from several individual proteins held together by non-covalent interactions (ie, hydrogen bonds, hydrophobic packing). This is particularly evident in protein cages such as capsids, where multiple copies of the same protein subunit are thus kept together. In synthetic structural biology, it can be useful to be able to design and construct artificial protein associations, potentially allowing the introduction of properties and abilities that do not occur in nature. Toward this goal, new schemes that connect individual proteins together in a defined manner are desirable.
最近、本発明者らは、ナノメートルのビルディング・ブロックとして、Geobacillus stearothermophilus由来のTRAP(trp RNA結合減衰タンパク質)を使用して、そのような可能性を調査している。このTRAPは、天然状態においておよびいくつかの他の環タンパク質とともに、11個のサブユニットのオリゴマー環構造を採用し、有用なバイオナノ・ビルディング・ブロックであることが証明されている。 Recently, we have investigated such a possibility using TRAP (trp RNA binding attenuation protein) from Geobacillus stearothermophilus as a nanometer building block. This TRAP, in its native state and along with several other ring proteins, adopts an 11-subunit oligomeric ring structure and has proven to be a useful bionano building block.
公知の過程の不利な点を考えて、本発明者らは、タンパク質サブユニットを接続するための他の方法を見つけようと試みている。2つまたは他の数のタンパク質をそれらのシステインSH基を介して結合させることに関する何らかの開示はあるものの、本発明者らは、「縫い合わせ」試薬としての金の使用を考慮に入れて、この分野に焦点を当てた。 Given the disadvantages of known processes, the inventors are attempting to find other ways to connect protein subunits. Although there are some disclosures regarding linking two or other numbers of proteins via their cysteine SH groups, we have taken into account the use of gold as a "stitching" reagent in this field. focused on.
ナノ構造に金粒子を組み入れるための金化合物の使用、または送達システムにおける標的化分子として、数ある中でも、複数の適用のためのナノクラスターとしてのナノ粒子、タンパク質ケージを提供することは、文献にならびに特許文書にも十分に記載され、そうしたものは、本発明に対する先行技術である。例えば、国際出願第PCT/KR2013/004454号は、生体適合性、生分解性、および肝臓組織特異的送達特性を有するヒアルロン酸で、体内における優れた安定性を有する金ナノ粒子を表面修飾し、金ナノ粒子の非修飾表面に、肝臓疾患を治療するためのタンパク質薬物を結合させることによって、肝臓標的薬物送達システムとして使用され得るヒアルロン酸-金ナノ粒子/タンパク質複合体を調製するための方法を記載する。 The use of gold compounds to incorporate gold particles into nanostructures or as targeting molecules in delivery systems, providing nanoparticles as nanoclusters, protein cages for multiple applications, among others, is well documented in the literature. as well as in patent documents, which are prior art to the present invention. For example, International Application No. PCT/KR2013/004454 surface-modifies gold nanoparticles with hyaluronic acid, which has biocompatible, biodegradable, and liver tissue-specific delivery properties, and has excellent stability in the body; We present a method for preparing hyaluronic acid-gold nanoparticle/protein complexes that can be used as liver-targeted drug delivery systems by attaching protein drugs to the unmodified surface of gold nanoparticles to treat liver diseases. Describe it.
米国特許出願第US10/142,838号は、ケージ様タンパク質の内側の構造を修飾して、ゆえに、様々な微細構造に適用可能な貴金属-組み換えケージ様タンパク質複合体を形成することによる、アポフェリチン等のケージ様タンパク質への、金等の貴金属原子の導入を開示する。 US patent application no. discloses the introduction of noble metal atoms, such as gold, into cage-like proteins such as.
国際出願第PCT/US2011/034190号は、金属-チオール結合を通じて、抗体またはその断片に直接連結された2種以上のナノ粒子(金、パラジウム、白金、銀、銅、ニッケル、コバルト、イリジウム、またはそのうちの2種以上の合金等)を含む、抗体-ナノ粒子コンジュゲートを開示する。 International Application No. PCT/US2011/034190 discloses that two or more nanoparticles (gold, palladium, platinum, silver, copper, nickel, cobalt, iridium, or Disclosed is an antibody-nanoparticle conjugate comprising an antibody-nanoparticle conjugate (such as an alloy of two or more thereof).
別の例は、自己会合したタンパク質に融合した標的配向性ペプチド、および自己会合した金イオン還元ペプチドを含む、組み換え自己会合タンパク質を開示する、米国特許出願第US14/849,379号である。 Another example is US Patent Application No. US 14/849,379, which discloses a recombinant self-associating protein comprising a target-directing peptide fused to the self-associated protein and a self-associated gold ion reducing peptide.
国際出願第PCT/IB2018/056150号は、金-ドナー作用物質がハロゲン(トリアリールホスフィン)金(I)であることを特徴とする、-S-Au-S-結合が形成される、金-ドナー作用物質を使用して生体分子を接続する反応を含む、生体分子複合体形成につながる、生体分子を含有する遊離チオール基のコンジュゲーションのための方法を開示する。さらに、生体分子複合体形成の方法における、金-ドナー作用物質としてのハロゲン(トリアリールホスフィン)金(I)分子の使用がそこに開示されている。 International Application No. PCT/IB2018/056150 discloses a gold-donor agent in which an -S-Au-S- bond is formed, characterized in that the gold-donor agent is a halogen (triarylphosphine) gold(I). Disclosed are methods for the conjugation of free thiol groups containing biomolecules leading to biomolecular complex formation, including reactions that connect the biomolecules using donor agents. Furthermore, the use of halogen (triarylphosphine) gold(I) molecules as gold-donor agents in methods of biomolecular complex formation is disclosed therein.
A.D.Malayら:「An ultra-stable gold-coordinated protein cage displaying reversible assembly」;Nature 569(2019):438~442の刊行物(参照により本明細書によって組み入れられる)は、システインのペアのチオール基の間に線形配位結合を形成した、単一の金原子、つまりAu(I)イオンによって一緒に結合されたTRAPケージを開示する。 A. D. Malay et al.: “An ultra-stable gold-coordinated protein cage displaying reversible assembly”; Nature 569 (2019): 438-442 Publication (herein incorporated by reference). ) between the thiol groups of the cysteine pair We disclose TRAP cages bound together by a single gold atom, ie, an Au(I) ion, which formed a linear coordinate bond to the Au(I) ion.
本発明において、人工TRAPケージを形成するTRAP環は、金属原子から作製されていない架橋剤によって適所に保たれ、架橋剤はそれらの特異的な特徴に対して選択され、それによって、ケージは、特異的条件下で、要求に応じて開かれるまたは閉じたままであるようにプログラム可能である、-S-Au-S-結合によってではない、新しい手法が実現される。この手法は、最先端という視点において革新的である、カプシド様タンパク質複合体の会合および解体の制御を可能にする。最先端という視点において革新的である、カプシド様タンパク質複合体の会合および解体の制御をまた可能にする、架橋剤としての金属イオンに関する新しい手法も実証される。 In the present invention, the TRAP rings forming the artificial TRAP cage are held in place by crosslinkers that are not made from metal atoms, and the crosslinkers are selected for their specific characteristics, whereby the cage is A new approach is realized, not through -S-Au-S- bonds, which are programmable to open or remain closed on demand under specific conditions. This approach is revolutionary from a state-of-the-art perspective, allowing control of the assembly and disassembly of capsid-like protein complexes. A new approach regarding metal ions as cross-linking agents is also demonstrated, which is innovative from a state-of-the-art perspective and also allows control of the assembly and disassembly of capsid-like protein complexes.
本発明の第1の態様の主題は、分子架橋剤によって適所に保たれている選択された数のTRAP環を含む人工TRAPケージであって、架橋剤は、それらの特異的な特徴に対して選択された分子であり、単一の原子ではなく、例えば金属原子ではなく、それによって、ケージは、特異的条件下で、要求に応じて開かれるまたは閉じたままであるようにプログラム可能である、人工TRAPケージである。 The subject of the first aspect of the invention is an artificial TRAP cage comprising a selected number of TRAP rings held in place by a molecular cross-linking agent, the cross-linking agent a selected molecule and not a single atom, e.g. a metal atom, whereby the cage is programmable to open or remain closed as required under specific conditions; It is an artificial TRAP cage.
好ましくは、前記特異的条件は、分子架橋剤に特徴的な特異的切断に相当する。 Preferably, said specific conditions correspond to a specific cleavage characteristic of the molecular cross-linking agent.
単一原子架橋剤ではなく分子架橋剤を使用することは、ケージを設計することにおいて、より大きな程度の設計選定および柔軟性を提供する。これらは、プログラム可能性の増強および架橋剤切断特徴の制御を可能にする。(金属)原子架橋剤よりも、選定するのに使用可能なはるかに幅広い分子架橋剤がある。 The use of molecular crosslinkers rather than single atom crosslinkers provides a greater degree of design choice and flexibility in designing the cage. These allow for increased programmability and control of crosslinker cleavage characteristics. There is a much wider range of molecular crosslinkers available for selection than (metallic) atomic crosslinkers.
これより前のすべての公知のTRAPケージ合成は、原子の金または水銀架橋剤を利用しており、分子架橋剤の使用を企図した仕事はない。すべての以前の教示は金原子に焦点を当てたことから、分子のより大きなサイズ、およびTRAP環を架橋するためにそれらに要される種々の化学的性質は、分子架橋剤が、秩序立ったケージ形成をもたらす架橋機能を果たし得るであろうことが明らかでないことを意味する。 All known TRAP cage syntheses prior to this have utilized atomic gold or mercury crosslinkers, and no work has contemplated the use of molecular crosslinkers. Since all previous teachings focused on gold atoms, the larger size of the molecules and the different chemistries required of them to cross-link the TRAP rings meant that the molecular cross-linkers This means that it is not clear that it could perform a crosslinking function leading to cage formation.
好ましくは、分子架橋剤の特異的切断特徴は、
(i)還元抵抗性/非感受性分子架橋剤、それによって、ケージは還元条件下で閉じたままである;
(ii)還元応答性/感受性分子架橋剤、それによって、ケージは還元条件下で開く;および
(iii)光活性化可能な分子架橋剤、それによって、ケージは光に曝露されると開く
を含む群から選択される。
Preferably, the specific cleavage characteristics of the molecular cross-linking agent are
(i) reduction-resistant/insensitive molecular crosslinkers, whereby the cage remains closed under reducing conditions;
(ii) a reduction-responsive/sensitive molecular cross-linker, whereby the cage opens under reducing conditions; and (iii) a photoactivatable molecular cross-linker, whereby the cage opens upon exposure to light. selected from the group.
好ましくは、還元抵抗性/非感受性分子架橋剤は、ビスマレイミドヘキサン(bismaleimideohexane)(BMH)、ビスブロモビマン(bisbromobimane)およびビス-ブロモキシレンを含む群から選択され得る。 Preferably, the reduction resistant/insensitive molecular crosslinker may be selected from the group comprising bismaleimideohexane (BMH), bisbromobimane and bis-bromoxylene.
好ましくは、還元応答性/感受性分子架橋剤は、ジチオビスマレイミドエタン(dithiobismaleimideoethane)(DTME)を含む群から選択され得る。 Preferably, the reduction responsive/sensitive molecular crosslinker may be selected from the group comprising dithiobismaleimideoethane (DTME).
好ましくは、光活性化可能な分子架橋剤は、ビス-ハロメチルベンゼン、ならびに1,2-ビス-ブロモメチル-3-ニトロベンゼン(o-BBN)、2,4-ビス-ブロモメチル-1-ニトロベンゼン(m-BBN)、および1,3-ビス-ブロモメチル-4,6-ジニトロ-ベンゼン(BDNB)を含めたその誘導体を含む群から選択され得る。 Preferably, the photoactivatable molecular crosslinkers include bis-halomethylbenzene, as well as 1,2-bis-bromomethyl-3-nitrobenzene (o-BBN), 2,4-bis-bromomethyl-1-nitrobenzene (m -BBN), and derivatives thereof, including 1,3-bis-bromomethyl-4,6-dinitro-benzene (BDNB).
好ましくは、分子架橋剤は、ホモ二官能性分子部分およびその誘導体である。 Preferably, the molecular crosslinkers are homobifunctional molecular moieties and derivatives thereof.
好ましくは、ホモ二官能性分子架橋剤はビスマレイミドヘキサン(BMH)である。 Preferably, the homobifunctional molecular crosslinker is bismaleimidohexane (BMH).
好ましくは、ケージは、還元条件に抵抗性/非感受性である。 Preferably the cage is resistant/insensitive to reducing conditions.
好ましくは、ホモ二官能性分子架橋剤はジチオビスマレイミドエタン(DTME)である。 Preferably, the homobifunctional molecular crosslinker is dithiobismaleimidoethane (DTME).
好ましくは、ケージは、還元条件に応答性/感受性である。 Preferably the cage is responsive/sensitive to reducing conditions.
好ましくは、分子架橋剤は、ビス-ハロメチルベンゼンおよびその誘導体である。 Preferably, the molecular crosslinker is bis-halomethylbenzene and its derivatives.
好ましくは、分子架橋剤は、1,2-ビス-ブロモメチル-3-ニトロベンゼン(BBN)、ビス-ブロモキシレン、および1,3-ビス-ブロモメチル-4,6-ジニトロ-ベンゼン(BDNB)を含む群から選択される。 Preferably, the molecular crosslinking agent is from the group comprising 1,2-bis-bromomethyl-3-nitrobenzene (BBN), bis-bromoxylene, and 1,3-bis-bromomethyl-4,6-dinitro-benzene (BDNB). selected from.
好ましくは、分子架橋剤は、UV光への曝露による光不安定性(photolabile)である。 Preferably, the molecular crosslinker is photolabile upon exposure to UV light.
好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は、6~60個、好ましくは7~55個、好ましくは8~50個、好ましくは9~45個、好ましくは10~40個、好ましくは11~35個、好ましくは12~34個、好ましくは13~33個、好ましくは14~32個、好ましくは15~31個、好ましくは16~30個、好ましくは17~29個、好ましくは18~28個、好ましくは19~27個、好ましくは20~26個である。好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は、40個未満、好ましくは35個未満、好ましくは30個未満である。好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は、6個を上回る、好ましくは10個を上回る、好ましくは15個を上回る、好ましくは20個を上回る。 Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is between 6 and 60, preferably between 7 and 55, preferably between 8 and 50, preferably between 9 and 45, preferably between 10 and 40, preferably between 11 and 35. preferably 12 to 34 pieces, preferably 13 to 33 pieces, preferably 14 to 32 pieces, preferably 15 to 31 pieces, preferably 16 to 30 pieces, preferably 17 to 29 pieces, preferably 18 to 28 pieces , preferably 19 to 27 pieces, preferably 20 to 26 pieces. Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is less than 40, preferably less than 35, preferably less than 30. Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is greater than 6, preferably greater than 10, preferably greater than 15, preferably greater than 20.
好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は12~24個である。 Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is 12-24.
好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は、約24個、好ましくは24個である。好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は、約12個、好ましくは12個である。好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は、約20個、好ましくは20個である。 Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is about 24, preferably 24. Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is about 12, preferably 12. Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is about 20, preferably 20.
好ましくは、本発明に従ったケージは、種々のプログラム可能な分子架橋剤の混合物を含む。 Preferably, the cage according to the invention comprises a mixture of different programmable molecular crosslinkers.
好ましくは、本発明に従ったケージは、特異的時限のかつ所望の場所においてカーゴを送達するようにプログラムされ得る前記カーゴをカプセル化する。 Preferably, the cage according to the invention encapsulates said cargo, which can be programmed to deliver said cargo at specific times and at desired locations.
好ましくは、人工TRAPケージタンパク質は、K35C、R64S、およびK35C/R64Sを含む群から選択される変異のいずれか1つまたは複数を含むように改変される。好ましくは、人工TRAPケージタンパク質は、K35C変異を含むように改変される。好ましくは、架橋剤は、ジチオビスマレイミドエタン(DTME)を含み、好ましくは、人工TRAPケージタンパク質は、K35C/R64S変異を含むように改変される。 Preferably, the artificial TRAP cage protein is modified to include any one or more mutations selected from the group comprising K35C, R64S, and K35C/R64S. Preferably, the engineered TRAP cage protein is modified to include the K35C mutation. Preferably, the cross-linking agent comprises dithiobismaleimideethane (DTME) and preferably the artificial TRAP cage protein is modified to contain the K35C/R64S mutation.
好ましくは、本発明に従ったケージは中空である。好ましくは、本発明に従ったケージは、形状がおよそ球体、好ましくは中空球体形状である。本明細書におけるケージは、中空球体に大体近い中空形状である。これらは、TRAP環が正凸多面体の頂点または角に置かれ、次いで一緒に連結された場合に獲得される形状に近い。任意の形状に関して、頂点および端は架空であり、すなわち、TRAP環が置かれる実際の物理的多面体はなく、むしろTRAPケージの形状は、まるで環が正凸多面体の頂点または角に置かれ、次いで一緒に連結されたかのようである。 Preferably, the cage according to the invention is hollow. Preferably, the cage according to the invention is approximately spherical in shape, preferably hollow spherical. A cage herein has a hollow shape roughly approximating a hollow sphere. These are close to the shapes obtained if the TRAP rings were placed at the vertices or corners of a regular convex polyhedron and then connected together. For any shape, the vertices and edges are imaginary, i.e. there is no real physical polyhedron on which the TRAP ring is placed, rather the shape of the TRAP cage is as if the ring were placed on the vertex or corner of a regular convex polyhedron, and then It looks like they are connected together.
好ましくは、TRAPケージは、上昇した温度において、すなわち温度が、通常の室温またはヒト/動物体温よりも上に上昇した場合に安定であり、好ましくは0~100℃で安定であり、好ましくは15~100℃で安定であり、好ましくは15~75℃で安定であり、好ましくは最高75℃で安定であり、好ましくは75℃以下で安定である。 Preferably, the TRAP cage is stable at elevated temperatures, i.e. when the temperature is raised above normal room temperature or human/animal body temperature, preferably between 0 and 100°C, preferably between 15 Stable at ~100°C, preferably stable at 15-75°C, preferably up to 75°C, preferably below 75°C.
好ましくは、TRAPケージは、非中性pHにおいて安定であり、好ましくはpH7よりも上でおよびpH7よりも下で安定であり、好ましくはpH3~11で安定であり、好ましくはpH4~10で安定であり、好ましくはpH5~9で安定である。 Preferably, the TRAP cage is stable at non-neutral pH, preferably above pH 7 and below pH 7, preferably stable between pH 3 and 11, preferably stable between pH 4 and 10. and is preferably stable at pH 5 to 9.
好ましくは、TRAPケージは、カオトロピック剤(溶液中で水素結合を破壊する、タンパク質または高分子構造を破壊するまたは変性させるであろう作用物質)、またはタンパク質もしくは高分子構造を破壊するもしくは変性させると別様に予想されるであろう界面活性剤において安定である。好ましくは、ケージは、n-ブタノール、エタノール、塩化グアニジン、過塩素酸リチウム、酢酸リチウム、塩化マグネシウム、フェノール、2-プロパノール、ドデシル硫酸ナトリウム、チオ尿素、および尿素において安定性を示す。好ましくは、TRAPケージは、最高4MのGndHClにおいて安定である。好ましくは、TRAPケージは、最高少なくとも7Mの尿素において安定である。好ましくは、TRAPケージは、最高15%のSDSにおいて安定である。本明細書に記載されるケージの安定性を、これらの作用物質を使用して当業者に公知であろう標準的条件において試験して、前記安定性を実証し得る。 Preferably, the TRAP cage contains a chaotropic agent (an agent that will disrupt hydrogen bonds, disrupt or denature protein or macromolecular structure in solution), or that will disrupt or denature protein or macromolecular structure. Stable in surfactants that would otherwise be expected. Preferably, the cage exhibits stability in n-butanol, ethanol, guanidine chloride, lithium perchlorate, lithium acetate, magnesium chloride, phenol, 2-propanol, sodium dodecyl sulfate, thiourea, and urea. Preferably, the TRAP cage is stable in up to 4M GndHCl. Preferably, the TRAP cage is stable up to at least 7M urea. Preferably, the TRAP cage is stable at up to 15% SDS. The stability of the cages described herein can be tested using these agents under standard conditions that would be known to those skilled in the art to demonstrate said stability.
本明細書に記載されるケージは、これらの条件において予想外の安定性を呈示し、以前に実証されたよりも安定なTRAPケージを提供する。 The cage described herein exhibits unexpected stability in these conditions, providing a more stable TRAP cage than previously demonstrated.
本発明の主題は、制御された期間におけるかつ所望の場所へのカーゴの送達における、上で規定される本発明に従ったケージの使用でもある。 The subject of the invention is also the use of the cage according to the invention as defined above in the delivery of cargo in a controlled period and to a desired location.
本発明の主題は、プログラム可能なTRAPケージの構築におけるプログラム可能な架橋剤としての、ホモ二官能性分子部分ならびにビス-ハロメチルベンゼンおよびその誘導体を含む基のいずれか1種または複数の使用でもある。 The subject matter of the present invention also relates to the use of any one or more of homobifunctional molecular moieties and groups comprising bis-halomethylbenzene and its derivatives as programmable cross-linking agents in the construction of programmable TRAP cages. be.
本発明の第2の態様の主題は、人工TRAPケージを調製する方法であって、方法は、
(i)適切な発現システムにおけるTRAP環単位の発現、および発現システムからの前記単位の精製によってTRAP環単位を獲得する工程;
(ii)架橋剤がその特異的な特徴に対して選択される、プログラム可能な分子架橋剤との少なくとも1つの遊離チオール連結を介したTRAP環単位のコンジュゲーション;
(iii)TRAPケージの形成;ならびに
(iv)TRAPケージの精製および単離
を含む、方法でもある。
The subject of a second aspect of the invention is a method of preparing an artificial TRAP cage, the method comprising:
(i) obtaining the TRAP ring unit by expression of the TRAP ring unit in a suitable expression system and purification of said unit from the expression system;
(ii) conjugation of the TRAP ring unit via at least one free thiol linkage with a programmable molecular crosslinker, where the crosslinker is selected for its specific characteristics;
(iii) formation of a TRAP cage; and (iv) purification and isolation of a TRAP cage.
好ましくは、工程(ii)は、まず、少なくとも1種の金属架橋剤、好ましくは原子金属架橋剤を介したTRAP環単位のコンジュゲーションを含む。工程(ii)は、次いで、金属架橋剤を分子架橋剤で置き換える工程を含む。分子架橋剤は、ケージにおける環の配向を変化させることなく、金属原子を交換し得る。好ましくは、金属は金である。この変更された工程(ii)は、架橋剤が光切断性リンカーであり、好ましくは架橋剤がブロモキシレンまたはビスブロモビマンである場合に好ましくは適用される。 Preferably, step (ii) first comprises conjugation of the TRAP ring unit via at least one metal crosslinker, preferably an atomic metal crosslinker. Step (ii) then comprises replacing the metal crosslinker with a molecular crosslinker. Molecular crosslinkers can exchange metal atoms without changing the orientation of the rings in the cage. Preferably the metal is gold. This modified step (ii) is preferably applied when the crosslinking agent is a photocleavable linker, preferably the crosslinking agent is bromoxylene or bisbromobimane.
好ましくは、プログラム可能な架橋剤は、
(i)還元抵抗性/非感受性リンカー、それによって、ケージは還元条件下で閉じたままである;
(ii)還元応答性/感受性リンカー、それによって、ケージは還元条件下で開く;および
(iii)光活性化可能なリンカー、それによって、ケージは光に曝露されると開く
を含む群から選択される。
Preferably, the programmable crosslinker is
(i) a reduction-resistant/insensitive linker, whereby the cage remains closed under reducing conditions;
(ii) a reduction-responsive/sensitive linker, whereby the cage opens under reducing conditions; and (iii) a light-activatable linker, whereby the cage opens upon exposure to light. Ru.
好ましくは、還元抵抗性/非感受性分子架橋剤は、ビスマレイミドヘキサン(BMH)およびビス-ブロモキシレンを含む群から選択され得る。 Preferably, the reduction resistant/insensitive molecular crosslinking agent may be selected from the group comprising bismaleimidohexane (BMH) and bis-bromoxylene.
好ましくは、還元応答性/感受性分子架橋剤は、ジチオビスマレイミドエタン(DTME)を含む群から選択され得る。 Preferably, the reduction responsive/sensitive molecular crosslinker may be selected from the group comprising dithiobismaleimidoethane (DTME).
好ましくは、光活性化可能な分子架橋剤は、ビス-ハロメチルベンゼン、ならびに1,2-ビス-ブロモメチル-3-ニトロベンゼン(o-BBN)、2,4-ビス-ブロモメチル-1-ニトロベンゼン(m-BBN)、および1,3-ビス-ブロモメチル-4,6-ジニトロ-ベンゼン(BDNB)を含めたその誘導体を含む群から選択され得る。好ましくは、人工TRAPケージタンパク質は、K35C、R64S、およびK35C/R64Sを含む群から選択される変異のいずれか1つまたは複数を含むように改変される。好ましくは、人工TRAPケージタンパク質は、K35C変異を含むように改変される。 Preferably, the photoactivatable molecular crosslinkers include bis-halomethylbenzene, as well as 1,2-bis-bromomethyl-3-nitrobenzene (o-BBN), 2,4-bis-bromomethyl-1-nitrobenzene (m -BBN), and derivatives thereof, including 1,3-bis-bromomethyl-4,6-dinitro-benzene (BDNB). Preferably, the artificial TRAP cage protein is modified to include any one or more mutations selected from the group comprising K35C, R64S, and K35C/R64S. Preferably, the engineered TRAP cage protein is modified to include the K35C mutation.
好ましくは、架橋剤は、ジチオビスマレイミドエタン(DTME)を含み、好ましくは、人工TRAPケージタンパク質は、K35C/R64S変異を含むように改変される。 Preferably, the cross-linking agent comprises dithiobismaleimideethane (DTME) and preferably the artificial TRAP cage protein is modified to contain the K35C/R64S mutation.
好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は、6~60個、好ましくは7~55個、好ましくは8~50個、好ましくは9~45個、好ましくは10~40個、好ましくは11~35個、好ましくは12~34個、好ましくは13~33個、好ましくは14~32個、好ましくは15~31個、好ましくは16~30個、好ましくは17~29個、好ましくは18~28個、好ましくは19~27個、好ましくは20~26個である。好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は、40個未満、好ましくは35個未満、好ましくは30個未満である。好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は、6個を上回る、好ましくは10個を上回る、好ましくは15個を上回る、好ましくは20個を上回る。 Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is between 6 and 60, preferably between 7 and 55, preferably between 8 and 50, preferably between 9 and 45, preferably between 10 and 40, preferably between 11 and 35. preferably 12 to 34 pieces, preferably 13 to 33 pieces, preferably 14 to 32 pieces, preferably 15 to 31 pieces, preferably 16 to 30 pieces, preferably 17 to 29 pieces, preferably 18 to 28 pieces , preferably 19 to 27 pieces, preferably 20 to 26 pieces. Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is less than 40, preferably less than 35, preferably less than 30. Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is greater than 6, preferably greater than 10, preferably greater than 15, preferably greater than 20.
好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は12~24個である。 Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is 12-24.
好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は、約24個、好ましくは24個である。好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は、約12個、好ましくは12個である。好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は、約20個、好ましくは20個である。 Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is about 24, preferably 24. Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is about 12, preferably 12. Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is about 20, preferably 20.
好ましくは、工程(ii)は、種々のプログラム可能な架橋剤の混合物とのコンジュゲーションを含む。 Preferably, step (ii) involves conjugation with a mixture of different programmable crosslinkers.
好ましくは、還元抵抗性/非感受性分子架橋剤は、ビスマレイミドヘキサン(BMH)およびビス-ブロモキシレンを含む群から選択され得る。 Preferably, the reduction resistant/insensitive molecular crosslinking agent may be selected from the group comprising bismaleimidohexane (BMH) and bis-bromoxylene.
好ましくは、還元応答性/感受性分子架橋剤は、ジチオビスマレイミドエタン(DTME)を含む群から選択され得る。 Preferably, the reduction responsive/sensitive molecular crosslinker may be selected from the group comprising dithiobismaleimidoethane (DTME).
好ましくは、光活性化可能な分子架橋剤は、ビス-ハロメチルベンゼン、ならびに1,2-ビス-ブロモメチル-3-ニトロベンゼン(o-BBN)、2,4-ビス-ブロモメチル-1-ニトロベンゼン(m-BBN)、および1,3-ビス-ブロモメチル-4,6-ジニトロ-ベンゼン(BDNB)を含めたその誘導体を含む群から選択され得る。 Preferably, the photoactivatable molecular crosslinkers include bis-halomethylbenzene, as well as 1,2-bis-bromomethyl-3-nitrobenzene (o-BBN), 2,4-bis-bromomethyl-1-nitrobenzene (m -BBN), and derivatives thereof, including 1,3-bis-bromomethyl-4,6-dinitro-benzene (BDNB).
システインが生体分子に存在しない、またはそれらは存在するが反応に使用可能ではない場合、好ましくはシステインの基としての-SH基が生体分子に導入され得る。 If cysteines are not present in the biomolecule, or if they are present but not available for reaction, -SH groups, preferably as radicals of cysteine, can be introduced into the biomolecule.
システインの導入は、当技術分野において公知の任意の方法によって行われ得る。例えば、システインの導入は、商業的遺伝子合成または改変されたDNAプライマーを使用したPCRベースの部位指向性変異導入等、当技術分野において公知の方法によって実施されるが、それらに限定されるわけではない。上述の方法は当業者によって公知であり、プロトコールを有するすぐに使用できるキットが市販されている。 Introduction of cysteine can be performed by any method known in the art. For example, cysteine introduction can be performed by methods known in the art, including, but not limited to, commercial gene synthesis or PCR-based site-directed mutagenesis using modified DNA primers. do not have. The methods described above are known by those skilled in the art and ready-to-use kits with protocols are commercially available.
-SH部分は、生体分子における他のアミノ酸の改変によって、すなわち部位指向性変異導入によってまたは固相ペプチド合成によっても生体分子に導入され得る。 The -SH moiety can also be introduced into the biomolecule by modification of other amino acids in the biomolecule, ie by site-directed mutagenesis or by solid phase peptide synthesis.
本発明の主題は、本方法によって産生されたTRAPケージでもある。これらのケージは、上の本発明の第1の態様との関連で記載される特質もしくは特性のいずれか、または本明細書に記載される他の任意のものを有し得る。 The subject of the invention is also the TRAP cage produced by the method. These cages may have any of the features or characteristics described in connection with the first aspect of the invention above, or any others described herein.
本発明の第3の態様の主題は、金属を含む少なくとも1種の架橋剤によって適所に保たれている選択された数のTRAP環を含む人工TRAPケージである。好ましくは、架橋剤は金属のみを含む。好ましくは、金属は、好ましくは単一タイプの金属の金属イオンである。 The subject of a third aspect of the invention is an artificial TRAP cage comprising a selected number of TRAP rings held in place by at least one crosslinking agent comprising a metal. Preferably, the crosslinking agent contains only metals. Preferably, the metal is a metal ion, preferably of a single type of metal.
好ましくは、金属架橋剤は、特異的な特徴に対して選択され、それによって、ケージは、前記特異的条件下で、要求に応じて開かれるまたは閉じたままであるようにプログラム可能である。 Preferably, the metal crosslinker is selected for specific characteristics, whereby the cage is programmable to open or remain closed as required under said specific conditions.
好ましくは、金属は、Ag(I)、Cd(II)、Zn(II)、およびCo(II)を含む群から選択される。金属は、これらの金属の誘導体であり得る。 Preferably the metal is selected from the group comprising Ag(I), Cd(II), Zn(II) and Co(II). Metals can be derivatives of these metals.
好ましくは、金属は、非線形配位構造または殻を有するd10金属である。好ましくは、非線形配位構造または殻を有するd10金属は、Zn(II)またはCo(II)である。 Preferably the metal is a d10 metal with a non-linear coordination structure or shell. Preferably, the d10 metal with a nonlinear coordination structure or shell is Zn(II) or Co(II).
好ましくは、金属は、2リガンド線形配位構造または殻を有するd10金属である。好ましくは、非線形配位構造または殻を有するd10金属は、Ag(I)またはCd(II)である。 Preferably, the metal is a d10 metal with a two-ligand linear coordination structure or shell. Preferably, the d10 metal with a nonlinear coordination structure or shell is Ag(I) or Cd(II).
好ましくは、人工TRAPケージタンパク質は、K35C、K35H、R64S、K35C/R64S、K35H/R64S、S33C、S33H、S33C/R64S、S33H/R64S、S33C/K35H、S33H/K35H、S33C/K35C、およびS33H/K35Cを含む群から選択される変異のいずれか1つまたは複数を含むように改変される。 Preferably, the artificial TRAP cage proteins are K35C, K35H, R64S, K35C/R64S, K35H/R64S, S33C, S33H, S33C/R64S, S33H/R64S, S33C/K35H, S33H/K35H, S33C/K35C, and S33H/ modified to include any one or more mutations selected from the group comprising K35C.
好ましくは、人工TRAPケージタンパク質は、K35C/S33H変異またはK35H/S33H変異を含むように改変される。 Preferably, the artificial TRAP cage protein is modified to include a K35C/S33H mutation or a K35H/S33H mutation.
好ましくは、架橋剤は銀(Ag(I))を含み、好ましくは、人工TRAPケージタンパク質は、K35C/R64S変異を含むように改変される。 Preferably, the cross-linking agent comprises silver (Ag(I)) and preferably the artificial TRAP cage protein is modified to contain the K35C/R64S mutation.
好ましくは、架橋剤はカドミウム(Cd(II))を含み、好ましくは、人工TRAPケージタンパク質は、K35C/R64S変異を含むように改変される。 Preferably the cross-linking agent comprises cadmium (Cd(II)) and preferably the artificial TRAP cage protein is modified to contain the K35C/R64S mutation.
好ましくは、架橋剤はコバルト(Co(II))を含み、好ましくは、人工TRAPケージタンパク質は、S33H/K35CまたはS33H/K35H変異を含むように改変される。 Preferably the cross-linking agent comprises cobalt (Co(II)) and preferably the artificial TRAP cage protein is modified to contain the S33H/K35C or S33H/K35H mutations.
好ましくは、架橋剤は亜鉛(Zn(II))を含み、好ましくは、人工TRAPケージタンパク質は、S33H/K35CまたはS33H/K35H変異を含むように改変される。 Preferably, the cross-linking agent comprises zinc (Zn(II)) and preferably the artificial TRAP cage protein is modified to contain the S33H/K35C or S33H/K35H mutations.
好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は、6~60個、好ましくは7~55個、好ましくは8~50個、好ましくは9~45個、好ましくは10~40個、好ましくは11~35個、好ましくは12~34個、好ましくは13~33個、好ましくは14~32個、好ましくは15~31個、好ましくは16~30個、好ましくは17~29個、好ましくは18~28個、好ましくは19~27個、好ましくは20~26個である。好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は、40個未満、好ましくは35個未満、好ましくは30個未満である。好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は、6個を上回る、好ましくは10個を上回る、好ましくは15個を上回る、好ましくは20個を上回る。 Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is between 6 and 60, preferably between 7 and 55, preferably between 8 and 50, preferably between 9 and 45, preferably between 10 and 40, preferably between 11 and 35. preferably 12 to 34 pieces, preferably 13 to 33 pieces, preferably 14 to 32 pieces, preferably 15 to 31 pieces, preferably 16 to 30 pieces, preferably 17 to 29 pieces, preferably 18 to 28 pieces , preferably 19 to 27 pieces, preferably 20 to 26 pieces. Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is less than 40, preferably less than 35, preferably less than 30. Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is greater than 6, preferably greater than 10, preferably greater than 15, preferably greater than 20.
好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は12~24個である。 Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is 12-24.
好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は、約24個、好ましくは24個である。好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は、約12個、好ましくは12個である。好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は、約20個、好ましくは20個である。 Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is about 24, preferably 24. Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is about 12, preferably 12. Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is about 20, preferably 20.
好ましくは、本発明に従ったケージは、種々の架橋剤の混合物を含む。 Preferably, the cage according to the invention contains a mixture of different crosslinking agents.
好ましくは、本発明に従ったケージは、特異的時限のかつ所望の場所においてカーゴを送達するようにプログラムされ得る前記カーゴをカプセル化する。 Preferably, the cage according to the invention encapsulates said cargo, which can be programmed to deliver said cargo at specific times and at desired locations.
好ましくは、本発明に従ったケージは中空である。好ましくは、本発明に従ったケージは、形状がおよそ球体、好ましくは中空球体である。本明細書におけるケージは、中空球体に大体近い中空形状である。これらは、TRAP環が正凸多面体の頂点または角に置かれ、次いで一緒に連結された場合に獲得される形状に近い。 Preferably, the cage according to the invention is hollow. Preferably, the cage according to the invention is approximately spherical in shape, preferably a hollow sphere. A cage herein has a hollow shape roughly approximating a hollow sphere. These are close to the shapes obtained if the TRAP rings were placed at the vertices or corners of a regular convex polyhedron and then connected together.
好ましくは、TRAPケージは、上昇した温度において、すなわち温度が、通常の室温またはヒト/動物体温よりも上に上昇した場合に安定であり、好ましくは0~100℃で安定であり、好ましくは15~100℃で安定であり、好ましくは15~75℃で安定であり、好ましくは最高75℃で安定であり、好ましくは75℃以下で安定である。 Preferably, the TRAP cage is stable at elevated temperatures, i.e. when the temperature is raised above normal room temperature or human/animal body temperature, preferably between 0 and 100°C, preferably between 15 Stable at ~100°C, preferably stable at 15-75°C, preferably up to 75°C, preferably below 75°C.
好ましくは、TRAPケージは、非中性pHにおいて安定であり、好ましくはpH7よりも上でおよびpH7よりも下で安定であり、好ましくはpH3~11で安定であり、好ましくはpH4~10で安定であり、好ましくはpH5~9で安定である。 Preferably, the TRAP cage is stable at non-neutral pH, preferably above pH 7 and below pH 7, preferably stable between pH 3 and 11, preferably stable between pH 4 and 10. and is preferably stable at pH 5 to 9.
好ましくは、TRAPケージは、カオトロピック剤(溶液中で水素結合を破壊する、タンパク質または高分子構造を破壊するまたは変性させるであろう作用物質)、またはタンパク質もしくは高分子構造を破壊するもしくは変性させると別様に予想されるであろう界面活性剤において安定である。好ましくは、ケージは、n-ブタノール、エタノール、塩化グアニジン、過塩素酸リチウム、酢酸リチウム、塩化マグネシウム、フェノール、2-プロパノール、ドデシル硫酸ナトリウム、チオ尿素、および尿素において安定性を示す。好ましくは、TRAPケージは、最高4MのGndHClにおいて安定である。好ましくは、TRAPケージは、最高少なくとも7Mの尿素において安定である。好ましくは、TRAPケージは、最高15%のSDSにおいて安定である。本明細書に記載されるケージの安定性を、これらの作用物質を使用して当業者に公知であろう標準的条件において試験して、前記安定性を実証し得る。 Preferably, the TRAP cage contains a chaotropic agent (an agent that will disrupt hydrogen bonds, disrupt or denature protein or macromolecular structure in solution), or that will disrupt or denature protein or macromolecular structure. Stable in surfactants that would otherwise be expected. Preferably, the cage exhibits stability in n-butanol, ethanol, guanidine chloride, lithium perchlorate, lithium acetate, magnesium chloride, phenol, 2-propanol, sodium dodecyl sulfate, thiourea, and urea. Preferably, the TRAP cage is stable in up to 4M GndHCl. Preferably, the TRAP cage is stable up to at least 7M urea. Preferably, the TRAP cage is stable at up to 15% SDS. The stability of the cages described herein can be tested using these agents under standard conditions that would be known to those skilled in the art to demonstrate said stability.
本明細書に記載されるケージは、これらの条件において予想外の安定性を呈示し、以前に実証されたよりも安定なTRAPケージを提供する。 The cage described herein exhibits unexpected stability in these conditions, providing a more stable TRAP cage than previously demonstrated.
本発明の主題は、制御された期間におけるかつ所望の場所へのカーゴの送達における、上で規定される本発明に従ったケージの使用でもある。 The subject of the invention is also the use of the cage according to the invention as defined above in the delivery of cargo in a controlled period and to a desired location.
本発明の主題は、TRAPケージの構築における架橋剤としての、金属Ag(I)、Cd(II)、Zn(II)、およびCo(II)、ならびにそれらの誘導体のうちのいずれか1種または複数の使用でもある。 The subject of the invention is the use of the metals Ag(I), Cd(II), Zn(II) and Co(II), and any one or more of their derivatives, as cross-linking agents in the construction of TRAP cages. Also of multiple use.
本発明の第4の態様の主題は、人工TRAPケージを調製する方法であって、方法は、
(i)適切な発現システムにおけるTRAP環単位の発現、および発現システムからの前記単位の精製によってTRAP環単位を獲得する工程;
(ii)架橋剤がその特異的な特徴に対して選択される、金属架橋剤との少なくとも1つの遊離チオール連結を介したTRAP環単位のコンジュゲーション;
(iii)TRAPケージの形成;ならびに
(iv)TRAPケージの精製および単離
を含む、方法でもある。
The subject of a fourth aspect of the invention is a method of preparing an artificial TRAP cage, the method comprising:
(i) obtaining the TRAP ring unit by expression of the TRAP ring unit in a suitable expression system and purification of said unit from the expression system;
(ii) conjugation of the TRAP ring unit via at least one free thiol linkage with a metal crosslinker, where the crosslinker is selected for its specific characteristics;
(iii) formation of a TRAP cage; and (iv) purification and isolation of a TRAP cage.
好ましくは、金属は、Ag(I)、Cd(II)、Zn(II)、およびCo(II)を含む群から選択される。金属は、これらの金属の誘導体であり得る。 Preferably the metal is selected from the group comprising Ag(I), Cd(II), Zn(II) and Co(II). Metals can be derivatives of these metals.
好ましくは、金属は、非線形配位構造または殻を有するd10金属である。好ましくは、非線形配位構造または殻を有するd10金属は、Zn(II)またはCo(II)である。 Preferably the metal is a d10 metal with a non-linear coordination structure or shell. Preferably, the d10 metal with a nonlinear coordination structure or shell is Zn(II) or Co(II).
好ましくは、金属は、2リガンド線形配位構造または殻を有するd10金属である。好ましくは、非線形配位構造または殻を有するd10金属は、Ag(I)またはCd(II)である。 Preferably, the metal is a d10 metal with a two-ligand linear coordination structure or shell. Preferably, the d10 metal with a nonlinear coordination structure or shell is Ag(I) or Cd(II).
好ましくは、人工TRAPケージタンパク質は、K35C、K35H、R64S、K35C/R64S、K35H/R64S、S33C、S33H、S33C/R64S、S33H/R64S、S33C/K35H、S33H/K35H、S33C/K35C、およびS33H/K35Cを含む群から選択される変異のいずれか1つまたは複数を含むように改変される。 Preferably, the artificial TRAP cage proteins are K35C, K35H, R64S, K35C/R64S, K35H/R64S, S33C, S33H, S33C/R64S, S33H/R64S, S33C/K35H, S33H/K35H, S33C/K35C, and S33H/ modified to include any one or more mutations selected from the group comprising K35C.
好ましくは、人工TRAPケージタンパク質は、K35C/S33H変異またはK35H/S33H変異を含むように改変される。 Preferably, the artificial TRAP cage protein is modified to include a K35C/S33H mutation or a K35H/S33H mutation.
好ましくは、架橋剤は銀(Ag(I))を含み、好ましくは、人工TRAPケージタンパク質は、K35C/R64S変異を含むように改変される。 Preferably, the cross-linking agent comprises silver (Ag(I)) and preferably the artificial TRAP cage protein is modified to contain the K35C/R64S mutation.
好ましくは、架橋剤はカドミウム(Cd(II))を含み、好ましくは、人工TRAPケージタンパク質は、K35C/R64S変異を含むように改変される。 Preferably the cross-linking agent comprises cadmium (Cd(II)) and preferably the artificial TRAP cage protein is modified to contain the K35C/R64S mutation.
好ましくは、架橋剤はコバルト(Co(II))を含み、好ましくは、人工TRAPケージタンパク質は、S33H/K35CまたはS33H/K35H変異を含むように改変される。 Preferably the cross-linking agent comprises cobalt (Co(II)) and preferably the artificial TRAP cage protein is modified to contain the S33H/K35C or S33H/K35H mutations.
好ましくは、架橋剤は亜鉛(Zn(II))を含み、好ましくは、人工TRAPケージタンパク質は、S33H/K35CまたはS33H/K35H変異を含むように改変される。 Preferably, the cross-linking agent comprises zinc (Zn(II)) and preferably the artificial TRAP cage protein is modified to contain the S33H/K35C or S33H/K35H mutations.
好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は、6~60個、好ましくは7~55個、好ましくは8~50個、好ましくは9~45個、好ましくは10~40個、好ましくは11~35個、好ましくは12~34個、好ましくは13~33個、好ましくは14~32個、好ましくは15~31個、好ましくは16~30個、好ましくは17~29個、好ましくは18~28個、好ましくは19~27個、好ましくは20~26個である。好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は、40個未満、好ましくは35個未満、好ましくは30個未満である。好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は、6個を上回る、好ましくは10個を上回る、好ましくは15個を上回る、好ましくは20個を上回る。 Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is between 6 and 60, preferably between 7 and 55, preferably between 8 and 50, preferably between 9 and 45, preferably between 10 and 40, preferably between 11 and 35. preferably 12 to 34 pieces, preferably 13 to 33 pieces, preferably 14 to 32 pieces, preferably 15 to 31 pieces, preferably 16 to 30 pieces, preferably 17 to 29 pieces, preferably 18 to 28 pieces , preferably 19 to 27 pieces, preferably 20 to 26 pieces. Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is less than 40, preferably less than 35, preferably less than 30. Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is greater than 6, preferably greater than 10, preferably greater than 15, preferably greater than 20.
好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は12~24個である。 Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is 12-24.
好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は、約24個、好ましくは24個である。好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は、約12個、好ましくは12個である。好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は、約20個、好ましくは20個である。 Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is about 24, preferably 24. Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is about 12, preferably 12. Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is about 20, preferably 20.
システインが生体分子に存在しない、またはそれらは存在するが反応に使用可能ではない場合、好ましくはシステインの基としての-SH基が生体分子に導入され得る。 If cysteines are not present in the biomolecule, or if they are present but not available for reaction, -SH groups, preferably as radicals of cysteine, can be introduced into the biomolecule.
システインの導入は、当技術分野において公知の任意の方法によって行われ得る。例えば、システインの導入は、商業的遺伝子合成または改変されたDNAプライマーを使用したPCRベースの部位指向性変異導入等、当技術分野において公知の方法によって実施されるが、それらに限定されるわけではない。上述の方法は当業者によって公知であり、プロトコールを有するすぐに使用できるキットが市販されている。 Introduction of cysteine can be performed by any method known in the art. For example, cysteine introduction can be performed by methods known in the art, including, but not limited to, commercial gene synthesis or PCR-based site-directed mutagenesis using modified DNA primers. do not have. The methods described above are known by those skilled in the art and ready-to-use kits with protocols are commercially available.
-SH部分は、生体分子における他のアミノ酸の改変によって、すなわち部位指向性変異導入によってまたは固相ペプチド合成によっても生体分子に導入され得る。 The -SH moiety can also be introduced into the biomolecule by modification of other amino acids in the biomolecule, ie by site-directed mutagenesis or by solid phase peptide synthesis.
好ましくは、方法は、部分的にまたは完全にHEPES緩衝液中で行われる。好ましくは、方法は約pH8で行われる。 Preferably, the method is carried out partially or completely in HEPES buffer. Preferably, the method is carried out at about pH8.
本発明の主題は、本方法によって産生されたTRAPケージでもある。これらのケージは、上の本発明の第1の態様との関連で記載される特質もしくは特性のいずれか、または本明細書に記載される他の任意のものを有し得る。 The subject of the invention is also the TRAP cage produced by the method. These cages may have any of the features or characteristics described in connection with the first aspect of the invention above, or any others described herein.
本発明の主題は、医薬としての、本明細書に記載されるTRAPケージのいずれかの使用でもある。 A subject of the invention is also the use of any of the TRAP cages described herein as a medicament.
本発明の主題は、前記患者に本明細書に記載されるTRAPケージを投与する工程を含む、患者を治療する方法でもある。 A subject of the invention is also a method of treating a patient, comprising administering to said patient a TRAP cage as described herein.
本発明の主題は、患者における疾患を治療することにおける、本明細書に記載されるTRAPケージのいずれかの使用でもある。 A subject of the invention is also the use of any of the TRAP cages described herein in treating diseases in a patient.
本発明の主題は、本方法によって産生されたTRAPケージでもある。これらのケージは、上の本発明の先の態様との関連で記載される特質もしくは特性のいずれか、または本明細書に記載される他の任意のものを有し得る。 The subject of the invention is also the TRAP cage produced by the method. These cages may have any of the features or characteristics described above in connection with the previous aspects of the invention, or any others described herein.
本発明のさらなる態様の主題は、少なくとも1種の架橋剤によって適所に保たれている選択された数のTRAP環を含む人工TRAPケージである。これらのケージは、上の本発明の先の態様との関連で記載される特質もしくは特性のいずれか、または本明細書に記載される他の任意のものを有し得る。 The subject of a further aspect of the invention is an artificial TRAP cage comprising a selected number of TRAP rings held in place by at least one crosslinking agent. These cages may have any of the features or characteristics described above in connection with the previous aspects of the invention, or any others described herein.
好ましくは、架橋剤は金属である。好ましくは、架橋剤は金属のみを含む。好ましくは、金属は、好ましくは単一タイプの金属の金属イオンである。 Preferably the crosslinking agent is metal. Preferably, the crosslinking agent contains only metals. Preferably, the metal is a metal ion, preferably of a single type of metal.
好ましくは、金属架橋剤は、特異的な特徴に対して選択され、それによって、ケージは、前記特異的条件下で、要求に応じて開かれるまたは閉じたままであるようにプログラム可能である。 Preferably, the metal crosslinker is selected for specific characteristics, whereby the cage is programmable to open or remain closed as required under said specific conditions.
好ましくは、金属は、Au(I)、Ag(I)、Cd(II)、Zn(II)、およびCo(II)を含む群から選択される。金属は、これらの金属の誘導体であり得る。 Preferably the metal is selected from the group comprising Au(I), Ag(I), Cd(II), Zn(II) and Co(II). Metals can be derivatives of these metals.
好ましくは、金属は、非線形配位構造または殻を有するd10金属である。好ましくは、非線形配位構造または殻を有するd10金属は、Zn(II)またはCo(II)である。 Preferably the metal is a d10 metal with a non-linear coordination structure or shell. Preferably, the d10 metal with a nonlinear coordination structure or shell is Zn(II) or Co(II).
好ましくは、金属は、2リガンド線形配位構造または殻を有するd10金属である。好ましくは、非線形配位構造または殻を有するd10金属は、Ag(I)またはCd(II)である。 Preferably, the metal is a d10 metal with a two-ligand linear coordination structure or shell. Preferably, the d10 metal with a nonlinear coordination structure or shell is Ag(I) or Cd(II).
好ましくは、人工TRAPケージタンパク質は、K35C、K35H、R64S、K35C/R64S、K35H/R64S、S33C、S33H、S33C/R64S、S33H/R64S、S33C/K35H、S33H/K35H、S33C/K35C、およびS33H/K35Cを含む群から選択される変異のいずれか1つまたは複数を含むように改変される。 Preferably, the artificial TRAP cage proteins are K35C, K35H, R64S, K35C/R64S, K35H/R64S, S33C, S33H, S33C/R64S, S33H/R64S, S33C/K35H, S33H/K35H, S33C/K35C, and S33H/ modified to include any one or more mutations selected from the group comprising K35C.
好ましくは、人工TRAPケージタンパク質は、K35C/S33H変異またはK35H/S33H変異を含むように改変される。 Preferably, the artificial TRAP cage protein is modified to include a K35C/S33H mutation or a K35H/S33H mutation.
好ましくは、架橋剤は銀(Ag(I))を含み、好ましくは、人工TRAPケージタンパク質は、K35C/R64S変異を含むように改変される。 Preferably, the cross-linking agent comprises silver (Ag(I)) and preferably the artificial TRAP cage protein is modified to contain the K35C/R64S mutation.
好ましくは、架橋剤はカドミウム(Cd(II))を含み、好ましくは、人工TRAPケージタンパク質は、K35C/R64S変異を含むように改変される。 Preferably the cross-linking agent comprises cadmium (Cd(II)) and preferably the artificial TRAP cage protein is modified to contain the K35C/R64S mutation.
好ましくは、架橋剤はコバルト(Co(II))を含み、好ましくは、人工TRAPケージタンパク質は、S33H/K35CまたはS33H/K35H変異を含むように改変される。 Preferably the cross-linking agent comprises cobalt (Co(II)) and preferably the artificial TRAP cage protein is modified to contain the S33H/K35C or S33H/K35H mutations.
好ましくは、架橋剤は亜鉛(Zn(II))を含み、好ましくは、人工TRAPケージタンパク質は、S33H/K35CまたはS33H/K35H変異を含むように改変される。 Preferably, the cross-linking agent comprises zinc (Zn(II)) and preferably the artificial TRAP cage protein is modified to contain the S33H/K35C or S33H/K35H mutations.
好ましくは、架橋剤は金(Au(I))を含み、好ましくは、人工TRAPケージタンパク質は、S33C/R64Sを含むように改変される。 Preferably the cross-linking agent comprises gold (Au(I)) and preferably the artificial TRAP cage protein is modified to contain S33C/R64S.
好ましくは、分子架橋剤の特異的な切断特徴は、(i)還元抵抗性/非感受性分子架橋剤、それによって、ケージは還元条件下で閉じたままである;(ii)還元応答性/感受性分子架橋剤、それによって、ケージは還元条件下で開く;および(iii)光活性化可能な分子架橋剤、それによって、ケージは光に曝露されると開く、を含む群から選択される。 Preferably, the specific cleavage characteristics of the molecular cross-linker include (i) a reduction-resistant/insensitive molecular cross-linker, whereby the cage remains closed under reducing conditions; (ii) a reduction-responsive/sensitive molecule; (iii) a photoactivatable molecular cross-linker, whereby the cage opens upon exposure to light;
好ましくは、還元抵抗性/非感受性分子架橋剤は、ビスマレイミドヘキサン(BMH)、ビスブロモビマン、およびビス-ブロモキシレンを含む群から選択され得る。 Preferably, the reduction resistant/insensitive molecular crosslinker may be selected from the group comprising bismaleimidohexane (BMH), bisbromobimane, and bis-bromoxylene.
好ましくは、還元応答性/感受性分子架橋剤は、ジチオビスマレイミドエタン(DTME)を含む群から選択され得る。 Preferably, the reduction responsive/sensitive molecular crosslinker may be selected from the group comprising dithiobismaleimidoethane (DTME).
好ましくは、光活性化可能な分子架橋剤は、ビス-ハロメチルベンゼン、ならびに1,2-ビス-ブロモメチル-3-ニトロベンゼン(o-BBN)、2,4-ビス-ブロモメチル-1-ニトロベンゼン(m-BBN)、および1,3-ビス-ブロモメチル-4,6-ジニトロ-ベンゼン(BDNB)を含めたその誘導体を含む群から選択され得る。 Preferably, the photoactivatable molecular crosslinkers include bis-halomethylbenzene, as well as 1,2-bis-bromomethyl-3-nitrobenzene (o-BBN), 2,4-bis-bromomethyl-1-nitrobenzene (m -BBN), and derivatives thereof, including 1,3-bis-bromomethyl-4,6-dinitro-benzene (BDNB).
好ましくは、分子架橋剤は、ホモ二官能性分子部分およびその誘導体である。好ましくは、ホモ二官能性分子架橋剤はビスマレイミドヘキサン(BMH)である。 Preferably, the molecular crosslinkers are homobifunctional molecular moieties and derivatives thereof. Preferably, the homobifunctional molecular crosslinker is bismaleimidohexane (BMH).
好ましくは、ケージは、還元条件に抵抗性/非感受性である。好ましくは、ホモ二官能性分子架橋剤はジチオビスマレイミドエタン(DTME)である。 Preferably the cage is resistant/insensitive to reducing conditions. Preferably, the homobifunctional molecular crosslinker is dithiobismaleimidoethane (DTME).
好ましくは、ケージは、還元条件に応答性/感受性である。好ましくは、分子架橋剤は、ビス-ハロメチルベンゼンおよびその誘導体である。 Preferably the cage is responsive/sensitive to reducing conditions. Preferably, the molecular crosslinker is bis-halomethylbenzene and its derivatives.
好ましくは、分子架橋剤は、1,2-ビス-ブロモメチル-3-ニトロベンゼン(BBN)、ビス-ブロモキシレン、および1,3-ビス-ブロモメチル-4,6-ジニトロ-ベンゼン(BDNB)を含む群から選択される。 Preferably, the molecular crosslinking agent is from the group comprising 1,2-bis-bromomethyl-3-nitrobenzene (BBN), bis-bromoxylene, and 1,3-bis-bromomethyl-4,6-dinitro-benzene (BDNB). selected from.
好ましくは、分子架橋剤は、UV光への曝露による光不安定性(photolabile)である。 Preferably, the molecular crosslinker is photolabile upon exposure to UV light.
好ましくは、人工TRAPケージタンパク質は、K35C、R64S、およびK35C/R64Sを含む群から選択される変異のいずれか1つまたは複数を含むように改変される。好ましくは、人工TRAPケージタンパク質は、K35C変異を含むように改変される。 Preferably, the artificial TRAP cage protein is modified to include any one or more mutations selected from the group comprising K35C, R64S, and K35C/R64S. Preferably, the engineered TRAP cage protein is modified to include the K35C mutation.
好ましくは、架橋剤は、ジチオビスマレイミドエタン(DTME)を含み、好ましくは、人工TRAPケージタンパク質は、K35C/R64S変異を含むように改変される。 Preferably, the cross-linking agent comprises dithiobismaleimideethane (DTME) and preferably the artificial TRAP cage protein is modified to contain the K35C/R64S mutation.
好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は、6~60個、好ましくは7~55個、好ましくは8~50個、好ましくは9~45個、好ましくは10~40個、好ましくは11~35個、好ましくは12~34個、好ましくは13~33個、好ましくは14~32個、好ましくは15~31個、好ましくは16~30個、好ましくは17~29個、好ましくは18~28個、好ましくは19~27個、好ましくは20~26個である。好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は、40個未満、好ましくは35個未満、好ましくは30個未満である。好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は、6個を上回る、好ましくは10個を上回る、好ましくは15個を上回る、好ましくは20個を上回る。 Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is between 6 and 60, preferably between 7 and 55, preferably between 8 and 50, preferably between 9 and 45, preferably between 10 and 40, preferably between 11 and 35. preferably 12 to 34 pieces, preferably 13 to 33 pieces, preferably 14 to 32 pieces, preferably 15 to 31 pieces, preferably 16 to 30 pieces, preferably 17 to 29 pieces, preferably 18 to 28 pieces , preferably 19 to 27 pieces, preferably 20 to 26 pieces. Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is less than 40, preferably less than 35, preferably less than 30. Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is greater than 6, preferably greater than 10, preferably greater than 15, preferably greater than 20.
好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は12~24個である。 Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is 12-24.
好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は、約24個、好ましくは24個である。好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は、約12個、好ましくは12個である。好ましくは、TRAPケージにおけるTRAP環の数は、約20個、好ましくは20個である。 Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is about 24, preferably 24. Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is about 12, preferably 12. Preferably, the number of TRAP rings in the TRAP cage is about 20, preferably 20.
好ましくは、本発明に従ったケージは、種々の架橋剤の混合物を含む。 Preferably, the cage according to the invention contains a mixture of different crosslinking agents.
好ましくは、本発明に従ったケージは、特異的時限のかつ所望の場所において送達されるカーゴであり得るカーゴをカプセル化する。 Preferably, a cage according to the invention encapsulates cargo, which may be delivered at a specific time and at a desired location.
好ましくは、本発明に従ったケージは中空である。好ましくは、本発明に従ったケージは、形状がおよそ球体、好ましくは中空球体である。本明細書におけるケージは、中空球体に大体近い中空形状である。これらは、TRAP環が正凸多面体の頂点または角に置かれ、次いで一緒に連結された場合に獲得される形状に近い。 Preferably, the cage according to the invention is hollow. Preferably, the cage according to the invention is approximately spherical in shape, preferably a hollow sphere. A cage herein has a hollow shape roughly approximating a hollow sphere. These are close to the shapes obtained if the TRAP rings were placed at the vertices or corners of a regular convex polyhedron and then connected together.
好ましくは、TRAPケージは、上昇した温度において、すなわち温度が、通常の室温またはヒト/動物体温よりも上に上昇した場合に安定であり、好ましくは0~100℃で安定であり、好ましくは15~100℃で安定であり、好ましくは15~75℃で安定であり、好ましくは最高75℃で安定であり、好ましくは75℃以下で安定である。 Preferably, the TRAP cage is stable at elevated temperatures, i.e. when the temperature is raised above normal room temperature or human/animal body temperature, preferably between 0 and 100°C, preferably between 15 Stable at ~100°C, preferably stable at 15-75°C, preferably up to 75°C, preferably below 75°C.
好ましくは、TRAPケージは、非中性pHにおいて安定であり、好ましくはpH7よりも上でおよびpH7よりも下で安定であり、好ましくはpH3~11で安定であり、好ましくはpH4~10で安定であり、好ましくはpH5~9で安定である。 Preferably, the TRAP cage is stable at non-neutral pH, preferably above pH 7 and below pH 7, preferably stable between pH 3 and 11, preferably stable between pH 4 and 10. and is preferably stable at pH 5 to 9.
好ましくは、TRAPケージは、カオトロピック剤(溶液中で水素結合を破壊する、タンパク質または高分子構造を破壊するまたは変性させるであろう作用物質)、またはタンパク質もしくは高分子構造を破壊するもしくは変性させると別様に予想されるであろう界面活性剤において安定である。好ましくは、ケージは、n-ブタノール、エタノール、塩化グアニジン、過塩素酸リチウム、酢酸リチウム、塩化マグネシウム、フェノール、2-プロパノール、ドデシル硫酸ナトリウム、チオ尿素、および尿素において安定性を示す。好ましくは、TRAPケージは、最高4MのGndHClにおいて安定である。好ましくは、TRAPケージは、最高少なくとも7Mの尿素において安定である。好ましくは、TRAPケージは、最高15%のSDSにおいて安定である。本明細書に記載されるケージの安定性を、これらの作用物質を使用して当業者に公知であろう標準的条件において試験して、前記安定性を実証し得る。 Preferably, the TRAP cage contains a chaotropic agent (an agent that will disrupt hydrogen bonds, disrupt or denature protein or macromolecular structure in solution), or that will disrupt or denature protein or macromolecular structure. Stable in surfactants that would otherwise be expected. Preferably, the cage exhibits stability in n-butanol, ethanol, guanidine chloride, lithium perchlorate, lithium acetate, magnesium chloride, phenol, 2-propanol, sodium dodecyl sulfate, thiourea, and urea. Preferably, the TRAP cage is stable in up to 4M GndHCl. Preferably, the TRAP cage is stable up to at least 7M urea. Preferably, the TRAP cage is stable at up to 15% SDS. The stability of the cages described herein can be tested using these agents under standard conditions that would be known to those skilled in the art to demonstrate said stability.
本明細書に記載されるケージは、これらの条件において予想外の安定性を呈示し、以前に実証されたよりも安定なTRAPケージを提供する。 The cage described herein exhibits unexpected stability in these conditions, providing a more stable TRAP cage than previously demonstrated.
本発明の主題は、制御された期間におけるかつ所望の場所へのカーゴの送達における、上で規定される本発明に従ったケージの使用でもある。 The subject of the invention is also the use of the cage according to the invention as defined above in the delivery of cargo in a controlled period and to a desired location.
本発明の主題は、K35C、K35H、R64S、K35C/R64S、K35H/R64S、S33C、S33H、S33C/R64S、S33H/R64S、S33C/K35H、S33H/K35H、S33C/K35C、およびS33H/K35Cを含む群から選択される変異のいずれか1つまたは複数を含むように改変されたタンパク質を含むTRAPケージでもある。 The subject matter of the present invention includes K35C, K35H, R64S, K35C/R64S, K35H/R64S, S33C, S33H, S33C/R64S, S33H/R64S, S33C/K35H, S33H/K35H, S33C/K35C, and S33H/K35C It is also a TRAP cage that includes a protein that has been modified to include any one or more of the mutations selected from the group.
本発明の主題は、K35C、K35H、R64S、K35C/R64S、K35H/R64S、S33C、S33H、S33C/R64S、S33H/R64S、S33C/K35H、S33H/K35H、S33C/K35C、およびS33H/K35Cを含む群から選択される変異のいずれか1つまたは複数を含むように改変されたTRAPタンパク質でもある。 The subject matter of the present invention includes K35C, K35H, R64S, K35C/R64S, K35H/R64S, S33C, S33H, S33C/R64S, S33H/R64S, S33C/K35H, S33H/K35H, S33C/K35C, and S33H/K35C It is also a TRAP protein modified to include any one or more mutations selected from the group.
「TRAPタンパク質」への本明細書での言及は、細菌タンパク質であるトリプトファンRNA結合減衰タンパク質を指す。このタンパク質は、例えば、野生型Geobacillus stearothermophilusまたは他のそのような細菌から単離され得る。このタンパク質は、様々な細菌から単離され得るが、本明細書に記載されるように働くであろうTRAPタンパク質は、Alkalihalobacillus ligniniphilus、Anaerobacillus isosaccharinicus、Anoxybacillus caldiproteolyticus、Anoxybacillus calidus、Anoxybacillus pushchinoensis、Anoxybacillus tepidamans、Anoxybacillus tepidamans、Anoxybacillus vitaminiphilus、Bacillaceae細菌、Bacillus alveayuensis、Bacillus alveayuensis、Bacillus sinesaloumensis、Bacillus種FJAT-14578、Bacillus種HD4P25、Bacillus種HMF5848、Bacillus種PS06、Bacillus種REN16、Bacillus種SA1-12、Bacillus種V3-13、Bacillus timonensis、Bacillus timonensis、Bacillus weihaiensis、Bacillus yapensis、Calidifontibacillus erzurumensis、Calidifontibacillus oryziterrae、Cytobacillus luteolus、Fredinandcohnia aciditolerans、Fredinandcohnia humi、Fredinandcohnia onubensis、Fredinandcohnia onubensis、Geobacillus遺伝種(genomosp.)3、Geobacillus種46C-IIa、Geobacillus stearothermophilus、Geobacillus stearothermophilus、Geobacillus stearothermophilus、Geobacillus stearothermophilus、Geobacillus stearothermophilus、Geobacillus stearothermophilus、Geobacillus stearothermophilus、Geobacillus thermodenitrificans NG80-2、Halobacillus dabanensis、Halobacillus halophilus、Halobacillus halophilus、Jeotgalibacillus proteolyticus、Litchfieldia alkalitelluris、Litchfieldia salsa、Mesobacillus harenae、Metabacillus、Metabacillus litoralis、Metabacillus sediminilitoris、Oceanobacillus limi、Oceanobacillus種Castelsardo、Ornithinibacillus、Ornithinibacillus bavariensis、Ornithinibacillus contaminans、Ornithinibacillus halophilus、Ornithinibacillus scapharcae、Parageobacillus caldoxylosilyticus、Parageobacillus遺伝種、Parageobacillus thermantarcticus、Parageobacillus thermantarcticus、Parageobacillus thermoglucosidasius、Parageobacillus thermoglucosidasius、Paucisalibacillus globulus、Paucisalibacillus種EB02、Priestia abyssalis、Priestia endophytica、Priestia filamentosa、Priestia koreensis、Priestia megaterium、Psychrobacillus glaciei、Salinibacillus xinjiangensis、Sutcliffiella cohnii、Thermolongibacillus altinsuensis等の細菌から単離され得る。 Reference herein to "TRAP protein" refers to the bacterial protein Tryptophan RNA Binding Attenuation Protein. The protein can be isolated, for example, from wild type Geobacillus stearothermophilus or other such bacteria. Although this protein can be isolated from a variety of bacteria, TRAP proteins that may function as described herein include Alkalihalobacillus ligniniphilus, Anaerobacillus isosaccharinicus, Anoxybacillus caldiproteoli ticus, Anoxybacillus calidus, Anoxybacillus pushchinoensis, Anoxybacillus tepidamans, Anoxybacillus tepidamans, Anoxybacillus vitaminophilus, Bacillaceae bacteria, Bacillus alveayuensis, Bacillus alveayuensis, Bacillus sinesaloumensis, B acillus sp. FJAT-14578, Bacillus sp. HD4P25, Bacillus sp. HMF5848, Bacillus sp. PS06, Bacillus sp. REN16, Bacillus sp. SA1-12, Bacillus sp. V3-13 , Bacillus timonensis, Bacillus timonensis, Bacillus weihaiensis, Bacillus yapensis, Calidifontibacillus erzurumensis, Calidifo ntibacillus oryziterrae, Cytobacillus luteolus, Fredinandcohnia aciditolerans, Fredinandcohnia humi, Fredinandcohnia onubensis, Fredinandcohnia onubensis, Geobacillus genomosp. 3, Geobacillus sp. 46C-IIa, Geobacillus stearothermophilus, Geobacillus stearothermophilus, Geobacillus stearothermophilus, Geobacillus stearothermophilus, Geobacillus stearothermophilus, Geobacillus stearothermophilus, Geobacillus stearothermophilus, Geobacillus thermodenitrificans NG80-2, Halo bacillus dabanensis, Halobacillus halophilus, Halobacillus halophilus, Jeotgalibacillus proteolyticus, Litchfieldia alkalitelluri s, Litchfieldia salsa, Mesobacillus harenae, Metabacillus, Metabacillus litoralis, Metabacillus sediminilitoris, Oceanobacillus limi, Oceanobacillus species Castelsardo, Ornithinibacillus, Ornithinibacillus b variensis, Ornithinibacillus contaminans, Ornithinibacillus halophilus, Ornithinibacillus scapharcae, Parageobacillus caldoxylos Parageobacillus thermoglucosidas, Parageobacillus thermoglucosidas, Parageobacillus thermoglucosidas ius, Parageobacillus thermoglucosidasius, Paucisalibacillus globulus, Paucisalibacillus spp. EB02, Priestia abyssalis, Priestia endophytica, Priestia filamentosa, Priestia koreensis, Priestia megaterium, Psychrobacillus gl Thermolongibacillus altinsuensis.
Trp RNA結合減衰タンパク質は、細菌性環状ホモ11-merである(参照により本明細書によって組み入れられる、A.A.Antson、J.Otridge、A.M.Brzozowski、E.J.Dodson、G.G.Dodson、K.S.Wilson、T.Smith、M.Yang、T.Kurecki、P.Gollnickを参照されたい)。trp RNA結合減衰タンパク質の構造は、文献に見られ得る(参照により本明細書によって組み入れられる、Nature 374,693~700(1995))。 The Trp RNA binding attenuation protein is a bacterial cyclic homo-11-mer (A. A. Antson, J. Otridge, A. M. Brzozowski, E. J. Dodson, G. A. (See G. Dodson, K. S. Wilson, T. Smith, M. Yang, T. Kurecki, P. Gollnick). The structure of the trp RNA binding attenuation protein can be found in the literature (Nature 374, 693-700 (1995), herein incorporated by reference).
適切には、本明細書で使用されるタンパク質は、Bacillus stearothermophilusから単離された野生型TRAPの改変バージョンである。これは表1に見られる: Suitably, the protein used herein is a modified version of wild type TRAP isolated from Bacillus stearothermophilus. This can be seen in Table 1:
野生型TRAP Bacillus stearothermophilus遺伝子配列は表2に見られる: The wild type TRAP Bacillus stearothermophilus gene sequence is found in Table 2:
好ましくは、タンパク質の調製は、適切な発現システムにおける生体分子発現および発現産物の精製によって実施される。好ましくは、上記の野生型TRAP Bacillus stearothermophilus遺伝子配列の改変バージョンを用いる。 Preferably, protein preparation is carried out by biomolecule expression in a suitable expression system and purification of the expression product. Preferably, a modified version of the wild-type TRAP Bacillus stearothermophilus gene sequence described above is used.
TRAPタンパク質は、環、本明細書における「TRAP環」を形成し、環はTRAPタンパク質の天然状態である。典型的に、本明細書において実証されるGeobacillus Stearothermophilusタンパク質の場合のように、TRAP単量体タンパク質は、単量体から作製される環状体または環に自然発生的に会合する。 TRAP proteins form a ring, herein a "TRAP ring", which is the natural state of the TRAP protein. Typically, as in the case of the Geobacillus Stearothermophilus proteins demonstrated herein, TRAP monomeric proteins spontaneously associate into cyclic bodies or rings made from monomers.
TRAPケージは、ケージに会合する環をもたらす、架橋され得るシステインの存在を有した、例えば本明細書において実証される特定の条件下でのみ形成される。例えば、本明細書において実証されるように、これらは、35位におけるシステインの存在を有して形成されるであろう(K35C変異の結果)。 TRAP cages are only formed under certain conditions, such as those demonstrated herein, with the presence of cysteines that can be crosslinked, resulting in rings associated with the cage. For example, as demonstrated herein, these will be formed with the presence of cysteine at position 35 (a result of the K35C mutation).
「TRAP環」への本明細書における言及は、TRAPビルディング・ブロック、TRAPケージ複合体のサブユニット、またはTRAP単量体会合体と同義である。特定のタンパク質またはヌクレオチド配列の「類似体」への本明細書における言及は、指定の機能、例えば本明細書に記載される条件下でのTRAPケージ形成を行い得るのに、または指定の機能、例えば本明細書に記載される条件下でのTRAPケージ形成を行い得るタンパク質をコードするのに、タンパク質またはヌクレオチド配列と十分な同一性または相同性を有するタンパク質またはヌクレオチド配列を指す。 Reference herein to a "TRAP ring" is synonymous with a TRAP building block, a subunit of a TRAP cage complex, or a TRAP monomer association. Reference herein to "analogs" of a particular protein or nucleotide sequence means that it is capable of performing the specified function, such as TRAP cage formation under the conditions described herein, or that the specified function is Refers to a protein or nucleotide sequence that has sufficient identity or homology with the protein or nucleotide sequence to encode a protein capable of TRAP cage formation, eg, under the conditions described herein.
2種の配列の同一性/相同性パーセントを判定するために、問題の配列および参照を、最適な比較目的のためにアラインする(例えば、最適なアライメントのために第1および第2のアミノ酸または核酸配列の一方または両方にギャップが導入され得、非相同配列は、比較目的のために無視され得る)。配列は、それが、関連する長さの参照配列のアミノ酸またはヌクレオチドの、好ましくは少なくとも40%、より好ましくは少なくとも50%、さらにより好ましくは少なくとも60%、さらにより好ましくは少なくとも70%、75%、80%、82%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%、または100%を有する場合、特定のものの類似体と判定され得る。相当するアミノ酸位置またはヌクレオチド位置におけるアミノ酸残基またはヌクレオチドを比較する場合、第1の配列における位置が、第2の配列における相当する位置と同じアミノ酸残基またはヌクレオチドによって占有される場合には、分子は、その位置で同一である(本明細書で使用される場合、アミノ酸または核酸「同一性」は、アミノ酸または核酸「相同性」と等価である)。2種の配列間の同一性パーセントは、ギャップの数および各ギャップの長さを考慮に入れた、配列によって共有される同一の位置の数の関数である。 To determine the percent identity/homology of two sequences, the sequences in question and a reference are aligned for optimal comparison purposes (e.g., the first and second amino acids or Gaps may be introduced in one or both of the nucleic acid sequences and non-homologous sequences may be ignored for comparison purposes). The sequence preferably comprises at least 40%, more preferably at least 50%, even more preferably at least 60%, even more preferably at least 70%, 75% of the amino acids or nucleotides of the reference sequence of relevant length. , 80%, 82%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98 %, 99%, or 100%, it can be determined to be an analog of a specific thing. When comparing amino acid residues or nucleotides at corresponding amino acid or nucleotide positions, if a position in a first sequence is occupied by the same amino acid residue or nucleotide as the corresponding position in a second sequence, then the molecule are identical at that position (as used herein, amino acid or nucleic acid "identity" is equivalent to amino acid or nucleic acid "homology"). The percent identity between two sequences is a function of the number of identical positions shared by the sequences, taking into account the number of gaps and the length of each gap.
適切には、TRAPタンパク質は、配列番号1のアミノ酸配列と少なくとも80%、好ましくは少なくとも85%、好ましくは少なくとも90%、好ましくは少なくとも95%、好ましくは少なくとも97%の同一性または相同性を有するアミノ酸配列を含む。好ましくは、TRAPタンパク質は、配列番号1のアミノ酸配列と少なくとも85%の同一性または相同性を有するアミノ酸配列を含む。 Suitably, the TRAP protein has at least 80%, preferably at least 85%, preferably at least 90%, preferably at least 95%, preferably at least 97% identity or homology with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 Contains amino acid sequence. Preferably, the TRAP protein comprises an amino acid sequence that has at least 85% identity or homology to the amino acid sequence of SEQ ID NO:1.
「TRAPケージ」への本明細書における言及は、複数の生体分子、本明細書では複合体を形成する複数のTRAPタンパク質環、から形成される会合したタンパク質複合体を指す。TRAPタンパク質環は、架橋剤、本明細書では分子架橋剤によって一緒に連結され得る。「複合体」、「会合体」、「凝集体」は、本記載において代替的に使用され、生体分子間の反応によって構築される上部構造を意味する。複合体に関与する単位の量は、生体分子の性質に依存する。より具体的には、それは、生体分子の量および生体分子に存在する-SH基の量に存在する。「TRAPケージ」および「人工TRAPケージ」は、本明細書において互換可能に使用される。 Reference herein to a "TRAP cage" refers to an associated protein complex formed from multiple biomolecules, herein multiple TRAP protein rings forming a complex. TRAP protein rings can be linked together by a crosslinker, herein a molecular crosslinker. "Complex," "association," and "aggregate" are used alternatively in this description to refer to a superstructure constructed by reactions between biomolecules. The amount of units involved in the complex depends on the nature of the biomolecule. More specifically, it resides in the amount of biomolecules and the amount of --SH groups present on the biomolecules. "TRAP cage" and "artificial TRAP cage" are used interchangeably herein.
TRAPタンパク質は、本発明の方法のための適切な生体分子モデルである。これは、その高い固有の安定性、環状体形状、天然システイン残基の欠如(コンジュゲーション過程のより容易な制御のための)、ならびに、結果として生じるシステインが、適正な結合形成に適した適切な化学的および空間的環境にある、システインに変化し得る残基の使用可能性におそらく起因する。 TRAP proteins are suitable biomolecular models for the methods of the invention. This is due to its high intrinsic stability, toroidal shape, lack of natural cysteine residues (for easier control of the conjugation process), as well as the fact that the resulting cysteine is well suited for proper bond formation. This is probably due to the availability of residues that can be converted to cysteine in a unique chemical and spatial environment.
「プログラム可能な」への本明細書における言及は、本発明のTRAPケージが、それらを、特異的な環境条件または刺激への曝露で、特定のかつ選択された様式で挙動する傾向にするまたは挙動しやすくするまたは挙動しやすい性質にする、それらに付与されたまたは操作された特性を有することを伝えることを意図される。 Reference herein to "programmable" means that the TRAP cages of the present invention tend to behave in a specific and selected manner upon exposure to specific environmental conditions or stimuli or It is intended to convey that they have properties imparted or manipulated that make them susceptible to or predisposed to behave.
「開いた」への本明細書における言及は、破砕した、漏出した、断片化した、壊れた、またはカーゴがケージの内部から脱出するのを広く可能にしたTRAPケージと同義である。 Reference herein to "open" is synonymous with a TRAP cage that has shattered, leaked, fragmented, broken, or generally allowed cargo to escape from the interior of the cage.
「閉じた」への本明細書における言及は、無傷のままの、壊れない、不浸透性の、または概してケージ全体としてとどまるTRAPケージと同義である。 Reference herein to "closed" is synonymous with a TRAP cage that remains intact, unbreakable, impervious, or generally the entire cage.
「二官能性」への本明細書における言及は、2個の官能基を有する分子架橋剤、例えば本明細書では2個の官能基を有する分子を指し、TRAPケージにおけるTRAP環を接続するために架橋される対象となるシステイン・チオール基のそれぞれに対して1個の官能基がある。「ホモ二官能性」への本明細書における言及は、2個の基が同じである二官能性リンカーを指す。 Reference herein to "bifunctional" refers to a molecule having two functional groups, e.g. a molecule having two functional groups herein, for connecting the TRAP rings in the TRAP cage. There is one functional group for each cysteine thiol group to be crosslinked. Reference herein to "homobifunctional" refers to a bifunctional linker in which the two groups are the same.
好ましくは、ホモ二官能性リンカーは、ビスマレイミドヘキサン(BMH)、ジチオビスマレイミドエタン(DTME)、ビス-ハロメチルベンゼンおよびその誘導体、2-ビス-ブロモメチル-3-ニトロベンゼン(BBN)、ビス-ブロモキシレン、ならびに1,3-ビス-ブロモメチル-4,6-ジニトロ-ベンゼン(BDNB)を含む。 Preferably, homobifunctional linkers include bismaleimidehexane (BMH), dithiobismaleimidoethane (DTME), bis-halomethylbenzene and its derivatives, 2-bis-bromomethyl-3-nitrobenzene (BBN), bis-bromo xylene, and 1,3-bis-bromomethyl-4,6-dinitro-benzene (BDNB).
「単位」、「サブユニット」、「分子」、「生体分子」、「単量体」は、本記載において代替的に使用され、複合体形成のためにもう一方の分子に接続する一方の分子を意味する。 "Unit", "subunit", "molecule", "biomolecule", "monomer" are used alternatively in this description, and refer to one molecule that connects to another molecule to form a complex. means.
「分子架橋剤」とは、1つまたは複数の化学結合の形成を介して、単位、サブユニット、分子、生体分子、または単量体を、それの他の例に接続するように作用する分子である。分子架橋剤は、個別の実体である単一原子リンカーではない。 "Molecular crosslinker" means a molecule that acts to connect a unit, subunit, molecule, biomolecule, or monomer to other instances thereof through the formation of one or more chemical bonds. It is. Molecular crosslinkers are not single atom linkers that are separate entities.
「還元抵抗性/非感受性分子架橋剤」への本明細書における言及は、ジスルフィド結合が還元剤によって切断される場合に典型的に見られるもの等の還元反応によって切断されない架橋剤への言及である。これらの架橋剤は、還元感受性結合の断裂をもたらすであろう条件下で安定である。これらは、ビスマレイミドヘキサン(BMH)およびビス-ブロモキシレンを含む。 References herein to "reduction-resistant/insensitive molecular cross-linkers" are references to cross-linkers that are not cleaved by reductive reactions, such as those typically found when disulfide bonds are cleaved by reducing agents. be. These crosslinkers are stable under conditions that would result in cleavage of reduction-sensitive bonds. These include bismaleimidohexane (BMH) and bis-bromoxylene.
「還元応答性/感受性分子架橋剤」への本明細書における言及は、ジスルフィド結合が還元剤によって切断される場合に典型的に見られるもの等の還元反応によって切断される架橋剤への言及である。これらの架橋剤は、還元感受性結合の断裂をもたらすであろう条件下で安定ではない。これらは、ジチオビスマレイミドエタン(DTME)を含む。 References herein to "reduction-responsive/sensitive molecular cross-linkers" are references to cross-linkers that are cleaved by reductive reactions, such as those typically found when disulfide bonds are cleaved by reducing agents. be. These crosslinkers are not stable under conditions that would result in cleavage of reduction sensitive bonds. These include dithiobismaleimidoethane (DTME).
「光活性化可能な分子架橋剤」への本明細書における言及は、光反応性または光に感受性である架橋剤、すなわち光に曝露された場合に切断されるであろうものへの言及である。この光は、UV、または特異的域の波長の他のそのような光であり得る。これらは、2-ビス-ブロモメチル-3-ニトロベンゼン(o-BBN)、2,4-ビス-ブロモメチル-1-ニトロベンゼン(m-BBN)、および1,3-ビス-ブロモメチル-4,6-ジニトロ-ベンゼン(BDNB)を含む。 Reference herein to a "photoactivatable molecular crosslinker" is a reference to a crosslinker that is photoreactive or sensitive to light, i.e., one that will be cleaved when exposed to light. be. This light may be UV or other such light in a specific range of wavelengths. These are 2-bis-bromomethyl-3-nitrobenzene (o-BBN), 2,4-bis-bromomethyl-1-nitrobenzene (m-BBN), and 1,3-bis-bromomethyl-4,6-dinitro- Contains benzene (BDNB).
簡単に誘発可能というよりもむしろプログラム可能な解体を達成するために、ビルディング・ブロックが、容易な互換性を可能にする簡易な化学的性質を介して単純な架橋剤によってつなぎ合わされているタンパク質ケージが提案されている(図1a)。そのようなケージの解体は、採用される架橋剤の切断特徴に依存するであろう。この可能性を試験するために、TRAP(K35C/R64S)が使用されており、単純な二官能性分子架橋剤であるジチオビスマレイミドエタン(DTME)またはビスマレイミドヘキサン(BMH)のいずれかを用いてTRAPを連結させようと試みられている。それらは、中性pHにおけるチオール特異的反応のおかげで、金媒介性会合体(TRAPケージAu(I))におけるAu(I)のように接続因子として作用した。DTMEは切断可能なジスルフィド結合を含有するが、BMHは含有しないことから、結果として生じる2種のケージ(TRAPケージDTMEおよびTRAPケージBMH)は、還元剤に曝露された場合に対照的な解体特徴を有する(図1a)。 Protein cages in which the building blocks are held together by simple cross-linkers through facile chemistries that allow for easy interchangeability to achieve programmable rather than easily inducible disassembly. has been proposed (Fig. 1a). Disassembly of such cages will depend on the cleavage characteristics of the crosslinker employed. To test this possibility, TRAP (K35C/R64S) has been used, using either the simple bifunctional molecular cross-linkers dithiobismaleimideethane (DTME) or bismaleimidehexane (BMH). Attempts have been made to connect TRAP. They acted as connectors like Au(I) in the gold-mediated association (TRAP cage Au(I) ) thanks to the thiol-specific reaction at neutral pH. Because DTME contains scissile disulfide bonds, whereas BMH does not, the two resulting cages (TRAP-caged DTME and TRAP-caged BMH ) exhibit contrasting disassembly characteristics when exposed to reducing agents. (Fig. 1a).
共有結合で架橋されたケージを獲得するために、TRAP(K35C/R64S)を、水性緩衝液中でDTMEまたはBMHのいずれかと混合した。結果として生じた反応混合物のサイズ排除クロマトグラフィー(SEC)は、TRAPケージAu(I)のものと同様の溶出体積で実質的なピークを示し、両架橋剤を用いたケージ形成の成功を示唆した(図1)。単離された画分を、SEC(図1c)、動的光散乱(DLS)、およびネガティブ染色透過型電子顕微鏡法(TEM)(図1d、図2)によってさらに分析し、直径がおよそ25nmの単分散球体ケージ構造に対して予想される結果をもたらした。会合体は、両方の架橋されたTRAPケージに対して20%前後の典型的な収率を有して、60分間以内に本質的に完全に見えた(図1b)。遊離システインは、反応後に検出されなかった。直角および低角度の光散乱(SEC-RALS/LALS)と連動したサイズ排除クロマトグラフィーを使用した、獲得されたTRAPケージのさらなる分析は、2.2MDaとして両粒子の見かけの平均分子質量を示し、24環編成を示唆した。 To obtain a covalently cross-linked cage, TRAP (K35C/R64S) was mixed with either DTME or BMH in an aqueous buffer. Size exclusion chromatography (SEC) of the resulting reaction mixture showed a substantial peak at an elution volume similar to that of the TRAP cage Au(I) , suggesting successful cage formation with both crosslinkers. (Figure 1). The isolated fractions were further analyzed by SEC (Fig. 1c), dynamic light scattering (DLS), and negative-stain transmission electron microscopy (TEM) (Fig. 1d, Fig. 2), showing that approximately 25 nm in diameter This yielded the expected results for a monodisperse spherical cage structure. The aggregates appeared essentially complete within 60 min, with typical yields around 20% for both cross-linked TRAP cages (Fig. 1b). No free cysteine was detected after the reaction. Further analysis of the obtained TRAP cages using size exclusion chromatography coupled with right-angle and low-angle light scattering (SEC-RALS/LALS) showed an apparent average molecular mass of both particles as 2.2 MDa; A 24-ring organization was suggested.
TRAPケージDTMEおよびTRAPケージBMHの両方についての詳細な構造を、クライオEM単粒子再構築を使用して判定した。両タイプのケージについての4.7Åおよび4.9Å分解能における電子密度マップが獲得されている。これらは、各構造が、TRAPケージAu(I)に対して見られるものと同様の、2種のキラル形態に編成される24個のTRAP環から構成されることを明らかにした(図1e)。TRAP環モデルをマップに対して洗練させ、良好なフィットを生み出した。環-環界面におけるより厳密な検討は、おそらくビスマレイミド架橋剤に相当する、2つの近接サブユニットを架橋する2つの実質的な電子密度を見出した(図1e)。架橋剤は、相対するサブユニットのシステイン残基の間で馬蹄形状に湾曲しているように見える。 The detailed structures for both TRAP-cage DTME and TRAP-cage BMH were determined using cryo-EM single particle reconstruction. Electron density maps at 4.7 Å and 4.9 Å resolution have been obtained for both types of cages. These revealed that each structure is composed of 24 TRAP rings organized into two chiral forms, similar to that seen for the TRAP cage Au(I) (Fig. 1e). . The TRAP ring model was refined to the map and produced a good fit. A more rigorous examination at the ring-ring interface found two substantial electron densities bridging two adjacent subunits (Fig. 1e), likely corresponding to a bismaleimide crosslinker. The crosslinker appears to be curved into a horseshoe shape between the cysteine residues of opposing subunits.
TRAPケージDTMEおよびTRAPケージBMHの両方とも、上昇した温度、カオトロピック剤、および界面活性剤に応答して同様に高い安定性を示した。具体的には、それらは、75℃、2~11の域におけるpH、最高4MのGndHCl、最高少なくとも7Mの尿素、および7%のSDSでの10分間のインキュベーションの後に、有意な形態学変化を呈示しなかった。しかしながら、TRAPケージDTMEは、還元剤トリス(2-カルボキシエチル)ホスフィン(TCEP)またはジチオトレイトール(DTT)の添加があると容易く解体する(図2a、c)。対照的に、TRAPケージBMHは影響を受けなかった(図2b、c)。高温、大きなpH域における、ならびに高濃度のカオトロピック剤(cahortopic agent)および界面活性剤の存在下における高い安定性も、TRAPケージDTME(図2d~g)およびTRAPケージBMHの両方に対して観察された。DTT依存性解体を、高速原子間力顕微鏡法を使用して、リアルタイムで単一ケージ・レベルでさらに調べた(HSAFM、図2l)。これは、TRAPケージBMHが、DTTの存在下における解体に抵抗性であることを示した。対照的に、同じ条件下でのTRAPケージDTMEは、ケージ表面から「剥離した」ように見えるTRAPサブユニットの個別のパッチを有して容易く解体し、最初の環脱離のおよそ3分後に構造全体の開口に結局つながった(図2d)。TRAPケージDTMEのそのような段階的な解体過程は、はるかにより短い時間尺度でより協調した解体を示すTRAPケージAu(I)とは際立って対照的である。 Both TRAP-caged DTME and TRAP-caged BMH exhibited similarly high stability in response to elevated temperatures, chaotropic agents, and surfactants. Specifically, they exhibited significant morphological changes after 10 min incubation at 75°C, pH in the range 2-11, up to 4 M GndHCl, up to at least 7 M urea, and 7% SDS. It was not presented. However, the TRAP cage DTME easily disassembles upon the addition of the reducing agents tris(2-carboxyethyl)phosphine (TCEP) or dithiothreitol (DTT) (Fig. 2a,c). In contrast, TRAP cage BMH was unaffected (Fig. 2b,c). High stability at high temperatures, over a large pH range, and in the presence of high concentrations of chahortopic agents and surfactants was also observed for both TRAP-caged DTME (Fig. 2d–g) and TRAP-caged BMH . Ta. DTT-dependent disassembly was further investigated at the single cage level in real time using high-speed atomic force microscopy (HSAFM, Figure 2l). This indicated that TRAP-caged BMHs were resistant to disassembly in the presence of DTT. In contrast, TRAP cage DTME under the same conditions disassembles easily with discrete patches of TRAP subunits appearing to "peel off" from the cage surface, and the structure is disassembled approximately 3 min after the first ring detachment. This eventually led to a total opening (Fig. 2d). Such a gradual disassembly process of TRAP-caged DTME is in sharp contrast to TRAP-caged Au(I) , which shows a more coordinated disassembly over a much shorter time scale.
様々なチオール含有試薬に対するケージ安定性を効率的に追跡するために、分光学的方法を採用して、溶液中でのバルク・ケージ解体についてのリアルタイム・モニタリングを開発している。このシステムでは、フェルスター共鳴エネルギー移動(FRET)のそれぞれドナーおよびアクセプターとして働く2種の蛍光タンパク質mOrange2およびmCherryがカプセル化されている。これらの蛍光タンパク質を、会合した構造においてケージ内部に向くTRAP N末端に遺伝学的に融合した。ケージ形成過程の間の立体障害を避けるために、それらを、非修飾TRAPと共産生して、「パッチワーク」環を形成した。 To efficiently track cage stability against various thiol-containing reagents, spectroscopic methods are employed to develop real-time monitoring of bulk cage disassembly in solution. This system encapsulates two fluorescent proteins, mOrange2 and mCherry, which act as Förster Resonance Energy Transfer (FRET) donors and acceptors, respectively. These fluorescent proteins were genetically fused to the TRAP N-terminus facing inside the cage in an associated structure. To avoid steric hindrance during the cage formation process, they were co-produced with unmodified TRAP to form a "patchwork" ring.
結果として生じたTRAP環を、次いで、Au(I)またはDTMEのいずれかを使用してケージ構造に会合させた(図3a)。サイズ排除クロマトグラフィーを使用した精製の後、単離された粒子を、ネイティブPAGE(図3b)およびTEMイメージング(図3c)によって分析し、それにより、単分散球体ケージの内腔におけるゲストカプセル化が確認された。TRAPケージ内腔の制約された体積における両タンパク質の存在は、効率的なFRETを可能にするはずである(22、23)。実際、両ゲストを共パッケージングしたTRAPケージAu(I)およびTRAPケージDTMEの正規化された蛍光スペクトルは、mOrange2またはmCherryのみをカプセル化したケージを含有しかつ溶液中で混合された相当する対照サンプルと比較して、610nmでのmCherry発光においておよそ1.5倍高いシグナルを示した(図4a、b)。しかしながら、両タイプのケージに対して解体を誘導するDTTの添加は、対照サンプルに酷似している、結果として生じるスペクトルにおいて観察されるFRET取消につながった(図4a、b)。これらの結果は、カプセル化されたゲスト間の効率的なエネルギー移動、およびそれらの放出によるその取消を示し、FRETケージが、TRAPケージ解体過程をモニタリングするのに適切であることを示した。 The resulting TRAP ring was then assembled into a cage structure using either Au(I) or DTME (Fig. 3a). After purification using size exclusion chromatography, the isolated particles were analyzed by native PAGE (Fig. 3b) and TEM imaging (Fig. 3c), which revealed guest encapsulation in the lumen of the monodisperse sphere cage. confirmed. The presence of both proteins in the confined volume of the TRAP cage lumen should enable efficient FRET (22, 23). Indeed, the normalized fluorescence spectra of TRAP-cage Au(I) co-packaged with both guests and TRAP-cage DTME are significantly different from the corresponding controls containing cages encapsulating only mOrange2 or mCherry and mixed in solution. Compared to the sample, it showed approximately 1.5 times higher signal in mCherry emission at 610 nm (Fig. 4a,b). However, addition of DTT, which induces disassembly for both types of cages, led to FRET cancellation observed in the resulting spectra, very similar to the control samples (Fig. 4a,b). These results demonstrated efficient energy transfer between encapsulated guests and their cancellation by release, indicating that the FRET cage is suitable for monitoring the TRAP cage disassembly process.
本発明者らは、次に、DTTの添加があり次第のTRAPケージAu(I)およびTRAPケージDTMEの両方についての解体反応速度論を測定した。568/610nmにおける蛍光強度比の変化を、時間依存的解体過程の指標として活用した(図4c)。両ケージに関して、蛍光の増加は、DTTの添加のおよそ5分後にプラトーに達し、完全なケージ解体およびゲスト放出を示した。しかしながら、この過程のメカニズムは、ケージ・タイプに応じて異なるように見えた。TRAPケージAu(I)とは対照的に、TRAPケージDTMEは、ゲスト放出手順に関与する複数の工程を示すS字状の解体挙動を呈示した。これらの結果は、HSAFMによって観察される、それぞれTRAPケージAu(I)またはTRAPケージDTMEの協調的対段階的な解体とよく一致した。 We next measured the disassembly kinetics for both TRAP-caged Au(I) and TRAP-caged DTME upon addition of DTT. Changes in the fluorescence intensity ratio at 568/610 nm were utilized as an indicator of the time-dependent disassembly process (Fig. 4c). For both cages, the increase in fluorescence reached a plateau approximately 5 minutes after addition of DTT, indicating complete cage disassembly and guest release. However, the mechanism of this process appeared to differ depending on cage type. In contrast to TRAP-cage Au(I) , TRAP-cage DTME exhibited an S-shaped disassembly behavior indicating multiple steps involved in the guest release procedure. These results were in good agreement with the coordinated versus stepwise disassembly of TRAP-cage Au(I) or TRAP-cage DTME , respectively, observed by HSAFM.
カーゴを持し得かつ還元剤の存在下で解体し得るタンパク質ケージは、細胞内送達の潜在性を有する。この目的のために使用される理想的なナノ-ビヒクルは、細胞外条件下で会合したままであるが、細胞内条件に曝露されると解体してそれらのカーゴを解放するはずである。本発明者らは、モデル・チオールとして採用されたシステインおよびグルタチオンの存在下におけるケージ解体反応速度論をモニタリングすることによって、この可能性を査定した。FRET取消の時間依存的増加が、システインの添加があり次第のTRAPケージAu(I)に対して観察され、およそ15分後にプラトーに達し、完全なケージ解体を示した(図4d、黒丸)。対照的に、同じFRETペアを含有するTRAPケージDTMEは、ほとんど蛍光変化を示さず、ケージがこれらの条件下で解体しないことを示唆した(図4d、赤丸)。システインに対するこの安定性は、TRAPケージAu(I)に対するおそらくはるかにより早いリガンド交換とは対照的に、この遊離チオールによって触媒されるジスルフィド切断の緩徐な反応速度論におそらく起因する。それにもかかわらず、TRAPケージDTMEは、より高濃度の遊離チオール化合物を使用することによって、まだ解体し得る:50mMの還元型グルタチオンを使用した場合、TRAPケージAu(I)と比較して有意により緩徐な解体速度でではあるものの、TRAPケージDTMEの解体およびそれからのカーゴ放出が観察された(図4e、赤丸および黒丸)。 Protein cages that can carry cargo and disassemble in the presence of reducing agents have the potential for intracellular delivery. The ideal nano-vehicles used for this purpose should remain associated under extracellular conditions, but disassemble and release their cargo when exposed to intracellular conditions. We assessed this possibility by monitoring cage disassembly kinetics in the presence of cysteine and glutathione, employed as model thiols. A time-dependent increase in FRET cancellation was observed for TRAP cage Au(I) upon addition of cysteine, reaching a plateau after approximately 15 min, indicating complete cage disassembly (Fig. 4d, filled circles). In contrast, TRAP cage DTME containing the same FRET pair showed almost no fluorescence change, suggesting that the cage does not disassemble under these conditions (Fig. 4d, red circles). This stability towards cysteine is likely due to the slow kinetics of disulfide cleavage catalyzed by this free thiol, in contrast to the possibly much faster ligand exchange to the TRAP cage Au(I) . Nevertheless, TRAP-caged DTME can still be disassembled by using higher concentrations of free thiol compounds: significantly more disassembled when using 50 mM reduced glutathione compared to TRAP-caged Au(I). Disassembly of the TRAP cage DTME and release of cargo from it was observed, albeit at a slow disassembly rate (Fig. 4e, red and black circles).
態様によれば、本明細書に記載されるケージは医薬として使用され得る。これは、患者に本明細書に記載されるケージを投与する工程、または患者における疾患を治療することにおける使用のための本明細書に記載されるケージを含む等、患者を治療することにおけるものであり得る。これは、特に、細胞内送達のための、カーゴを持しかつ還元剤の存在下で解体するように設計されたケージであり得る。これらのケージは、薬学的に許容される担体、アジュバント、または賦形剤とともにまたはその存在下で投与され得る。医薬としての使用のためのまたは患者を治療するためのケージは、前記患者に有益であろう。例えば、活性分子(とりわけ、RNA、DNA、ペプチド、およびタンパク質等の生物学的高分子)に対する薬物送達システム(DDS)として、生物学的高分子は、インビボで見出されるもの等の条件によってしばしば容易に破壊されるまたは消化されることから、それらは利点を提供する。生物学的高分子は、大きなタンパク質であるTRAPにおける穴から拡散するには大きすぎであり、TRAPケージは、全体的構造を破壊することなく顕著な変化を継続させ得る。このことは、それが、治療用カーゴを捕捉するように修飾され得かつ治療標的を標的にするように外部で同時に修飾され得ることを意味する。作用の部位への到着と相関する所望の状況において切断するプログラム可能なリンカーが使用され得る。例えば、標的部位に光を照らして、開いた光切断性TRAPケージを切断し得る。TRAPケージが細胞に透過した場合、細胞の細胞質が高度に還元していくにつれて、還元性リンカーによってつなぎ合わされたものは自然発生的に開きかつカーゴを放出するであろう。ケージは、ワクチンと併せてまたはワクチンとして作用することにおいても使用され得、T細胞応答を刺激すると予想される抗原(すなわち、ペプチド)は、TRAPケージの内側で捕捉され、次いでT細胞に標的化され、その後に誘発された開口が続く。 According to embodiments, the cages described herein can be used as a medicine. This includes administering a cage as described herein to a patient or in treating a patient, such as including a cage as described herein for use in treating a disease in a patient. It can be. This may be a cage designed to carry cargo and disintegrate in the presence of a reducing agent, especially for intracellular delivery. These cages may be administered with or in the presence of pharmaceutically acceptable carriers, adjuvants, or excipients. A cage for medicinal use or for treating a patient would be beneficial to said patient. For example, as drug delivery systems (DDS) for active molecules (biological macromolecules such as RNA, DNA, peptides, and proteins, among others), biological macromolecules are often facilitated by conditions such as those found in vivo. They provide benefits because they are not destroyed or digested. Biological macromolecules are too large to diffuse through the holes in TRAP, a large protein, and the TRAP cage can continue to undergo significant changes without disrupting the overall structure. This means that it can be modified to capture a therapeutic cargo and simultaneously modified externally to target a therapeutic target. Programmable linkers can be used that cleave at desired circumstances that correlate with arrival at the site of action. For example, light can be shined onto the target site to cleave an open photocleavable TRAP cage. If the TRAP cage is permeated into the cell, the one held together by the reducible linker will spontaneously open and release the cargo as the cell's cytoplasm becomes highly reduced. The cage can also be used in conjunction with or in acting as a vaccine, where antigens (i.e. peptides) predicted to stimulate a T cell response are captured inside the TRAP cage and then targeted to T cells. followed by an induced aperture.
本発明の実現において採用された技法
透過型電子顕微鏡法(TEM)
サンプルを、典型的に、0.025mg/mlの最終タンパク質濃度に希釈し、卓上遠心分離機において短時間遠心分離し、上清を、親水性化された(hydrophilized)カーボン・コート銅グリッド(STEM Co.)に適用し、4%リンタングステン酸、pH8を用いてネガティブ染色し、JEOL JEM-1230 80kV機器を使用して可視化した。
Techniques adopted in the realization of the invention: Transmission Electron Microscopy (TEM)
Samples are typically diluted to a final protein concentration of 0.025 mg/ml, centrifuged briefly in a tabletop centrifuge, and the supernatant transferred to a hydrophilized carbon-coated copper grid (STEM Co.), negative staining using 4% phosphotungstic acid, pH 8, and visualization using a JEOL JEM-1230 80 kV instrument.
ネイティブPAGE
サンプルを、メーカーの推奨(Life Technologies)に従って3~12%ネイティブBis-Trisゲル上でランした。サンプルを、4×ネイティブPAGEサンプル緩衝液(200mM BisTris、pH7.2、40%w/vグリセロール、0.015%w/vブロモフェノール・ブルー)と混合した。遊走したバンドの分子量の定性的ガイドとして、NativeMark未染色タンパク質スタンダード(Life Technologies)を使用した。ブルー・ネイティブPAGEを実施した場合、タンパク質バンドを、メーカーのプロトコール(Life Technologies)に従って可視化し、その他の点ではInstantBlue(商標)タンパク質染色(Expedeon)を使用した。
Native PAGE
Samples were run on 3-12% native Bis-Tris gels according to the manufacturer's recommendations (Life Technologies). Samples were mixed with 4x native PAGE sample buffer (200mM BisTris, pH 7.2, 40% w/v glycerol, 0.015% w/v bromophenol blue). NativeMark unstained protein standards (Life Technologies) were used as a qualitative guide to the molecular weight of migrated bands. When Blue Native PAGE was performed, protein bands were visualized according to the manufacturer's protocol (Life Technologies), otherwise using the InstantBlue™ protein stain (Expedeon).
タンパク質発現および精製
典型的な精製では、TRAP(K35C/R64S)遺伝子を持つpET21bプラスミドで形質転換されたE.coli BL21(DE3)細胞(Novagen)を、100μg/mlアンピシリンを有する3LのLB培地中で、OD600=0.6まで、振とうしながら37℃で成長させ、0.5mM IPTGで誘導し、次いで4時間さらに振とうした。細胞を遠心分離によって収穫し、ペレットを使用まで-80℃で保った。細胞を、プロテイナーゼ阻害剤(Thermo Scientific)の存在下および2mM DTTの存在または非存在下で、50mlの50mM Tris-HCl、pH7.9、50mM NaCl中にて4℃で超音波処理によって溶解し、溶解物を66,063gにて4℃で0.5時間遠心分離した。上清画分を70℃で10分間加熱し、4℃に冷却し、再度66,063gにて4℃で0.5時間遠心分離した。上清画分を、50mM Tris-HCl、pH7.9、0.05M NaCl、±2mM DTT緩衝液中にて結合を有する4×5ml HiTrap QFFカラムを使用したAKTA purifier(GE Healthcare Life Sciences)でのイオン交換クロマトグラフィーによって精製し、0.05~1M NaCl勾配を用いて溶出した。TRAPタンパク質を含有する画分をプールし、Amicon Ultra 10kDa MWCO遠心式フィルター・ユニット(Millipore)を使用して濃縮し、サンプルを、室温で50mM Tris-HCl、pH7.9、0.15M NaClにおけるHiLoad 16/60 Superdex 200カラムでのサイズ排除クロマトグラフィーに供した。タンパク質濃度を、BCAタンパク質アッセイ・キット(Pierce Biotechnology)を使用して算出した。
Protein Expression and Purification A typical purification involves E. coli transformed with the pET21b plasmid carrying the TRAP (K35C/R64S) gene. E. coli BL21 (DE3) cells (Novagen) were grown in 3 L of LB medium with 100 μg/ml ampicillin at 37° C. with shaking until OD 600 =0.6 and induced with 0.5 mM IPTG; It was then further shaken for 4 hours. Cells were harvested by centrifugation and pellets were kept at -80°C until use. Cells were lysed by sonication in 50 ml of 50 mM Tris-HCl, pH 7.9, 50 mM NaCl at 4°C in the presence of proteinase inhibitors (Thermo Scientific) and the presence or absence of 2mM DTT; The lysate was centrifuged at 66,063g for 0.5 h at 4°C. The supernatant fraction was heated at 70°C for 10 min, cooled to 4°C, and centrifuged again at 66,063 g for 0.5 h at 4°C. The supernatant fraction was purified on an AKTA purifier (GE Healthcare Life Sciences) using a 4 x 5 ml HiTrap QFF column with binding in 50mM Tris-HCl, pH 7.9, 0.05M NaCl, ±2mM DTT buffer. Purified by ion exchange chromatography, eluting with a 0.05-1M NaCl gradient. Fractions containing TRAP protein were pooled and concentrated using an Amicon Ultra 10kDa MWCO centrifugal filter unit (Millipore), and the samples were loaded with HiLoad in 50mM Tris-HCl, pH 7.9, 0.15M NaCl at room temperature. Size exclusion chromatography was performed on a 16/60 Superdex 200 column. Protein concentration was calculated using the BCA protein assay kit (Pierce Biotechnology).
ケージの安定性
化学物質および加熱に対するTRAPケージの安定性を、以前に記載されたものと同様の方法を使用して試験した1。アッセイに使用されたすべての作用物質(DTT、TCEP、SDS、Gdn-HCl、および尿素)を、PBS pH7.4中で再構成し、TRAPケージ・サンプルと室温で一晩混合した。サンプルを変化に富んだ温度で10分間加熱することによって、熱安定性チェックを実施した。次いで、サンプルをネイティブPAGEに供した。これらの実験を2回繰り返し、それぞれが一様の結果を与えた。
Cage Stability The stability of TRAP cages to chemicals and heat was tested using methods similar to those previously described . All agents used in the assay (DTT, TCEP, SDS, Gdn-HCl, and urea) were reconstituted in PBS pH 7.4 and mixed with the TRAP cage samples overnight at room temperature. Thermal stability checks were performed by heating the samples at varying temperatures for 10 minutes. The samples were then subjected to native PAGE. These experiments were repeated twice, each giving uniform results.
クライオEM
PBS中約1mg/mLの4μLのタンパク質サンプルを使用して、ガラス状氷の調製を行った。サンプルをEMグリッド(Quantifoil 1.2/1.3、Cu、300メッシュ)上にブロットした後、それらを、パラメーター;ブロット力=0、ブロット時間=4秒間、待ち時間=0秒間、排液時間=0秒間を用いたFEI Vitrobotを使用して、液体エタン中に沈めて冷凍した。顕微鏡写真を、300kVでの運転を有するFEI TitanKriosクライオ顕微鏡および75k倍率でのFalcon IIIカメラを使用して回収した。4942枚および10169枚の顕微鏡写真を、それぞれTRAPケージDTMEおよびTRAPケージBMHに対して回収した。すべての顕微鏡写真を、MotionCorr2を使用してモーション補正し6、CTF概算をCTFFIND4を使用して実施した7。粒子を、まず手動モードで(約4000個の粒子)、それに続いて自動モードで、cryoSPARC v2.12.48を使用して選びかつ抽出し、初回の2Dクラスが鋳型として働いた。抽出された粒子を再度2Dクラス分けして、後続の再構成工程のために最良の粒子を選択した。3D再構成を、検索モデルとしてEMD-4443およびEMD-4444(TRAPケージAu(I))を使用して、Heterogenous Refinementプロトコールによって実施した。
Cryo EM
Glassy ice preparation was performed using 4 μL of protein sample at approximately 1 mg/mL in PBS. After blotting the samples onto EM grids (Quantifoil 1.2/1.3, Cu, 300 mesh), they were subjected to the following parameters: Blot power = 0, Blot time = 4 seconds, Wait time = 0 seconds, Drain time Frozen by submerging in liquid ethane using a FEI Vitrobot using =0 seconds. Photomicrographs were collected using a FEI TitanKrios cryomicroscope operating at 300 kV and a Falcon III camera at 75k magnification. 4942 and 10169 micrographs were collected for TRAP cage DTME and TRAP cage BMH , respectively. All micrographs were motion corrected using MotionCorr26 and CTF estimation was performed using CTFFIND47 . Particles were selected and extracted using cryoSPARC v2.12.4 8 , first in manual mode (approximately 4000 particles) and then in automatic mode, with the initial 2D class serving as a template. The extracted particles were again 2D classified to select the best particles for the subsequent reconstruction step. 3D reconstruction was performed by Heterogenous Refinement protocol using EMD-4443 and EMD-4444 (TRAP cage Au(I) ) as search models.
実施例1.TRAPケージDTMEおよびTRAPケージBMH調製
分子クローニング
すべてのクローニング工程に関して、E.coli NEB 5アルファ系統を使用した。プラスミド配列を、Eurofinsによって実施されるサンガー・シーケンシング法によって確認した。テトラサイクリン誘導性タンパク質発現ベクターを、TRAP(K35C)をコードする遺伝子セグメントをpACTet_H-mCherryまたはpACTet_H-mOrangeにサブクローニングすることによって構築した。TRAP(K35C)に対する遺伝子を、鋳型としてpET21b_TRAP-K35C、ならびにプライマーとしてオリゴヌクレオチドFW_XhoI_TRAPおよびRV_MluI_TRAPを使用してPCRによって増幅した(表3を参照されたい)。増幅されたPCR産物を、第2のPCRのための鋳型として直接使用し、それは、プライマーとしてFW_BsrGI_tevおよびRV_MluI_TRAPオリゴヌクレオチドを使用して、リンカー遺伝子セグメントを導入した。PCR産物を、BsrGIおよびMluI部位を介して、pACTet_H-mCherryまたはpACTet_H-mOrangeにクローニングして、pACTet_H-mCherry-TRAP-K35CおよびpACTet_H-mOrange-tev-TRAP-K35Cを与えた。以前に使用されたR64Sが、金ナノ粒子結合を避けるのに唯一重要であったことから1、ここでは、サブユニット連結に不可欠な単一点変異K35CのみをTRAP配列に導入した。
Example 1. TRAP Cage DTME and TRAP Cage BMH Preparation Molecular Cloning For all cloning steps, E. E. coli NEB 5 alpha strain was used. Plasmid sequences were confirmed by Sanger sequencing performed by Eurofins. Tetracycline-inducible protein expression vectors were constructed by subcloning the gene segment encoding TRAP(K35C) into pACTet_H-mCherry or pACTet_H-mOrange. The gene for TRAP (K35C) was amplified by PCR using pET21b_TRAP-K35C as template and oligonucleotides FW_XhoI_TRAP and RV_MluI_TRAP as primers (see Table 3). The amplified PCR product was used directly as a template for a second PCR, which introduced the linker gene segment using FW_BsrGI_tev and RV_MluI_TRAP oligonucleotides as primers. The PCR products were cloned into pACTet_H-mCherry or pACTet_H-mOrange through the BsrGI and MluI sites to give pACTet_H-mCherry-TRAP-K35C and pACTet_H-mOrange-tev-TRAP-K35C. Here, only the single point mutation K35C, which is essential for subunit linkage, was introduced into the TRAP sequence, since the previously used R64S was the only one important to avoid gold nanoparticle binding.
タンパク質発現および精製
TRAPタンパク質を、参照により本明細書によって組み入れられるA.D.Malayら、「An ultra-stable gold-coordinated protein cage displaying reversible assembly」、Nature 569、438~442(2019)に以前に記載されるのと本質的に同じプロトコールを使用して産生し、しかし、2mM DTTを初回の精製工程のための緩衝液中に保って、望ましくないシステイン酸化を避けた。パッチワークTRAP環を産生するために、E.coli系統BL21(DE3)細胞を、pACTet_H-mOrange-TRAPK35CまたはpACTet_H-mCherry-TRAP-K35Cのいずれか、およびpET21_TRAP-K35Cで共形質転換した(材料および方法における表4を参照されたい)。細胞を、アンピシリンおよびクロラムフェニコールを補給された100ml LB培地中にて37℃でOD600=0.5~0.7まで成長させた。この時点で、タンパク質発現を、0.2mM IPTG、およびpACTet_H-mCherry-TRAP-K35Cの場合には10ng/mlのテトラサイクリン、またはpACTet_H-mOrange-TRAP-K35Cの場合には30ng/mlのテトラサイクリンの添加によって誘導し、その後に25℃で20時間の細胞培養が続いた。次いで、細胞を、5,000×gで10分間の遠心分離によって収穫した。細胞ペレットを、精製まで-80℃で保管した。次いで、それらを、スパチュラの先のDNase Iおよびリゾチーム、1錠のプロテアーゼ阻害剤カクテル、ならびに2mM DTTを補給された40ml溶解緩衝液(50mMリン酸ナトリウム緩衝液、600mM NaCl、10mMイミダゾール、pH7.4)に再懸濁し、室温で30分間撹拌した。次いで、サンプルを超音波処理し、10,000×g、および4℃で20分間の遠心分離によって浄化した。次いで、上清を、重力流カラムにおいて溶解緩衝液中であらかじめ平衡化された4ml Ni-NTA樹脂とともに20分間インキュベートした。次いで、樹脂を、20および40mMイミダゾールを含有する溶解緩衝液中で、10カラム体積を上回って洗浄した。Hisタグ付けされたタンパク質を、500mMイミダゾールを含有する5mlの50mMリン酸ナトリウム緩衝液(pH7.4)を使用して溶出した。次いで、タンパク質サンプルを、Amicon Ultra-15遠心式フィルター・ユニット(50k分子量カットオフ(MWCO))(Merck Millipore)を使用して、以降本明細書で2×PBS-Eと称される、5mMエチレンジアミン四酢酸(EDTA)を補給された2×リン酸緩衝生理食塩水(PBS)に緩衝液交換した。次いで、タンパク質を、0.8ml/分の流速で、Superdex 200 Increase 10/300 GLカラム(GE Healthcare)を使用したサイズ排除クロマトグラフィーに供した。548nmまたは587nmで吸収を示す主なピークをプールし、Amicon Ultra-15(50k MWCO)を使用して濃縮した。タンパク質純度をSDD-PAGEによってチェックし、タンパク質濃度を、減衰係数:εmCherry 587=72000M-1cm-1、εmOrange 548=58000M-1cm-12、εTRAP 280=8250M-1cm-1を使用して、UV-1900 UV-Vis分光光度計(島津製作所)を使用して測定された吸光度によって判定した(http://expasy.org/tools/protparam.html)。タンパク質を、使用まで4℃で保管した。
Protein Expression and Purification TRAP protein is described in A. D. Essentially the same protocol as previously described in Malay et al., “An ultra-stable gold-coordinated protein cage displaying reversible assembly,” Nature 569, 438-442 (2019). but 2mM DTT was kept in buffer for the initial purification step to avoid undesired cysteine oxidation. To produce a patchwork TRAP ring, E. E. coli strain BL21 (DE3) cells were co-transformed with either pACTet_H-mOrange-TRAPK35C or pACTet_H-mCherry-TRAP-K35C and pET21_TRAP-K35C (see Table 4 in Materials and Methods). Cells were grown in 100 ml LB medium supplemented with ampicillin and chloramphenicol at 37°C to OD 600 =0.5-0.7. At this point, protein expression was determined by the addition of 0.2 mM IPTG and 10 ng/ml tetracycline for pACTet_H-mCherry-TRAP-K35C or 30 ng/ml tetracycline for pACTet_H-mOrange-TRAP-K35C. was followed by cell culture for 20 hours at 25°C. Cells were then harvested by centrifugation at 5,000 xg for 10 minutes. Cell pellets were stored at -80°C until purification. They were then added to 40 ml lysis buffer (50 mM sodium phosphate buffer, 600 mM NaCl, 10 mM imidazole, pH 7.4) supplemented with a spatula tip of DNase I and lysozyme, 1 tablet of protease inhibitor cocktail, and 2 mM DTT. ) and stirred at room temperature for 30 minutes. Samples were then sonicated and clarified by centrifugation at 10,000 x g and 4°C for 20 min. The supernatant was then incubated for 20 minutes with 4 ml Ni-NTA resin pre-equilibrated in lysis buffer in a gravity flow column. The resin was then washed over 10 column volumes in lysis buffer containing 20 and 40 mM imidazole. His-tagged proteins were eluted using 5ml of 50mM sodium phosphate buffer (pH 7.4) containing 500mM imidazole. The protein sample was then filtered using an Amicon Ultra-15 centrifugal filter unit (50k molecular weight cutoff (MWCO)) (Merck Millipore) in 5mM ethylenediamine, hereinafter referred to as 2x PBS-E. Buffer exchange was performed into 2x phosphate buffered saline (PBS) supplemented with tetraacetic acid (EDTA). The protein was then subjected to size exclusion chromatography using a Superdex 200 Increase 10/300 GL column (GE Healthcare) at a flow rate of 0.8 ml/min. The main peaks exhibiting absorption at 548 nm or 587 nm were pooled and concentrated using an Amicon Ultra-15 (50k MWCO). Protein purity was checked by SDD-PAGE, and protein concentration was determined using extinction coefficients: ε mCherry 587 = 72000 M −1 cm −1 , ε mOrange 548 = 58000 M −1 cm −1 , ε TRAP 280 = 8250 M −1 cm −1 was determined by the absorbance measured using a UV-1900 UV-Vis spectrophotometer (Shimadzu Corporation) (http://expasy.org/tools/protparam.html). Proteins were stored at 4°C until use.
遊離チオール濃度測定
TRAPケージDTMEおよびTRAPケージBMHのいずれかの遊離チオール濃度を、製造業者のプロトコールに従って、5,5’-ジチオビス-(2-ニトロ安息香酸)(DTNB)試薬を使用して査定した。両サンプルを、Amicon Ultra-4遠心式フィルター・ユニット(100k MWCO)を使用して0.3mMに濃縮した。412nmにおける吸光度を、Spectramax 190 UV/VISプレート・リーダー(Molecular Devices)を使用して測定した。サンプルにおける遊離チオールの濃度を、2-ニトロ-5-チオ安息香酸のモル減衰係数(14150M-1cm-1)から算出し、TRAPケージDTMEおよびTRAPケージBMHに対して検出不能であった。
Free Thiol Concentration Measurement Free thiol concentration in either TRAP-caged DTME and TRAP-caged BMH was assessed using 5,5'-dithiobis-(2-nitrobenzoic acid) (DTNB) reagent according to the manufacturer's protocol. . Both samples were concentrated to 0.3mM using an Amicon Ultra-4 centrifugal filter unit (100k MWCO). Absorbance at 412 nm was measured using a Spectramax 190 UV/VIS plate reader (Molecular Devices). The concentration of free thiols in the samples was calculated from the molar extinction coefficient of 2-nitro-5-thiobenzoic acid (14150 M −1 cm −1 ) and was undetectable for TRAP cage DTME and TRAP cage BMH .
ケージ会合および精製
架橋剤により誘導されたケージ会合に関しては、2×PBS-E中のTRAP(K35C/R64S)(100~500μM)を、5倍モル過剰のDTMEまたはBMHのいずれかと混合し、室温で1時間撹拌した。溶液中の最終DMSO濃度を12.5%以下(no greater than)に保った。反応後、水溶液中での架橋剤の低い溶解度によっておそらく引き起こされる不溶性画分を、12,000×gで5分間の遠心分離によって除去した。次いで、上清を、AKTA purifier(GE Healthcare)にて、0.5ml/分の流速で、Superose 6 Increase 10/300 GLカラム(GE Healthcare)を使用したサイズ排除クロマトグラフィーによって精製した。架橋したTRAPケージを含有する画分をプールし、Amicon Ultra-4(100k MWCO)遠心式フィルター・ユニットを使用して濃縮した。獲得された架橋したTRAPケージの典型的な収量はおよそ20%であった。金(I)により誘導されたTRAPケージの形成および精製を、以前に記載されるように実施した1。部分的に会合したケージのみからサンプルを精製するサイズ排除クロマトグラフィーの前に付加的なNi-NTA精製工程を用いて、架橋したおよび金(I)により誘導されたケージの両方に関して記載されるのと同じプロトコールを使用して、融合タンパク質を用いたケージ形成を実施した(ケージの内側で保護されていない、Hisタグ付けされたmCherryおよびmOrange2は、Ni-NTAカラムに結合する)。カプセル化されたゲストのタンパク質濃度および比を、280/548nmまたは280/587nmにおける吸光度比を使用して推定した。算出に使用された減衰係数は、εmCherry 587=72000M-1cm-1、εmOrange2 548=58000M-1cm-1、εTRAP 280=8250M-1cm-1であった。mCherryとmOrange2との間のスペクトル重複に起因して、両方のカプセル化されたゲストの濃度を適正に算出するために、TRAPへの融合なしのmCherryの548/587nmにおける吸光度比を使用して、mCherry減衰係数も548nmにおいて推定した(εmCherry 548=42538M-1cm-1)。同じように、280nmにおけるmCherryおよびmOrange2の減衰係数を、それぞれεmCherry 280=56744M-1cm-1およびεmOrange2 280=52200M-1cm-1として実験的に判定した。
Cage Association and Purification For crosslinker-induced cage association, TRAP(K35C/R64S) (100-500 μM) in 2× PBS-E was mixed with a 5-fold molar excess of either DTME or BMH and incubated at room temperature. The mixture was stirred for 1 hour. The final DMSO concentration in the solution was kept no greater than 12.5%. After the reaction, the insoluble fraction, probably caused by the low solubility of the crosslinker in aqueous solution, was removed by centrifugation at 12,000×g for 5 min. The supernatant was then purified by size exclusion chromatography using a Superose 6 Increase 10/300 GL column (GE Healthcare) at a flow rate of 0.5 ml/min on an AKTA purifier (GE Healthcare). Fractions containing cross-linked TRAP cages were pooled and concentrated using an Amicon Ultra-4 (100k MWCO) centrifugal filter unit. The typical yield of cross-linked TRAP cages obtained was approximately 20%. Formation and purification of gold(I)-induced TRAP cages was performed as previously described. described for both cross-linked and gold(I)-derived cages using an additional Ni-NTA purification step before size exclusion chromatography to purify the sample from only partially associated cages. Cage formation with the fusion proteins was performed using the same protocol as (His-tagged mCherry and mOrange2, unprotected inside the cage, binds to the Ni-NTA column). Protein concentrations and ratios of encapsulated guests were estimated using absorbance ratios at 280/548 nm or 280/587 nm. The attenuation coefficients used in the calculation were ε mCherry 587 =72000M −1 cm −1 , ε mOrange2 548 =58000M −1 cm −1 , and ε TRAP 280 =8250M −1 cm −1 . Due to the spectral overlap between mCherry and mOrange2, the absorbance ratio at 548/587 nm of mCherry without fusion to TRAP was used to properly calculate the concentration of both encapsulated guests. The mCherry extinction coefficient was also estimated at 548 nm (ε mCherry 548 =42538M −1 cm −1 ). Similarly, the extinction coefficients of mCherry and mOrange2 at 280 nm were determined experimentally as ε mCherry 280 =56744M −1 cm −1 and ε mOrange2 280 =52200M −1 cm −1 , respectively.
実施例2.クライオEMを使用したTRAPケージ構造の確認
TRAPケージDTMEおよびTRAPケージBMHの両方についての詳細な構造を、クライオEM単粒子再構築を使用して判定した。それは、両タイプのケージについての4.7Åおよび4.9Å分解能における電子密度マップを獲得している。これらは、各構造が、TRAPケージAu(I)に対して見られるものと同様の、2種のキラル形態に編成される24個のTRAP環から構成されることを明らかにした。TRAP環モデルをマップに対して洗練させ、良好なフィットを生み出した。環-環界面におけるより厳密な検討は、おそらくビスマレイミド架橋剤に相当する、2つの近接サブユニットを架橋する2つの実質的な電子密度を見出した。架橋剤は、相対するサブユニットのシステイン残基の間で馬蹄形状に湾曲しているように見える(図1)。
Example 2. Confirmation of TRAP cage structure using cryo-EM The detailed structure for both TRAP cage DTME and TRAP cage BMH was determined using cryo-EM single particle reconstruction. It has acquired electron density maps at 4.7 Å and 4.9 Å resolution for both types of cages. These revealed that each structure is composed of 24 TRAP rings organized into two chiral forms, similar to that seen for the TRAP cage Au(I) . The TRAP ring model was refined to the map and produced a good fit. A more rigorous examination of the ring-ring interface found two substantial electron densities bridging two adjacent subunits, likely corresponding to a bismaleimide crosslinker. The crosslinker appears to be curved into a horseshoe shape between the cysteine residues of opposing subunits (Figure 1).
実施例3.TRAPケージにおいて使用される分子架橋剤の特異的な切断特徴(図2~4)
TRAPケージDTMEおよびTRAPケージBMHの両方とも、上昇した温度、カオトロピック剤、および界面活性剤に応答して同様に高い安定性を示した。具体的には、それらは、75℃、2~11の域におけるpH、最高4MのGndHCl、最高少なくとも7Mの尿素、および7%のSDSでの10分間のインキュベーションの後に、有意な形態学変化を呈示しなかった。しかしながら、TRAPケージDTMEは、還元剤トリス(2-カルボキシエチル)ホスフィン(TCEP)またはジチオトレイトール(DTT)の添加があると容易く解体する。対照的に、TRAPケージBMHは影響を受けなかった。DTT依存性解体を、高速原子間力顕微鏡法(HSAFM)を使用して、リアルタイムで単一ケージレベルでさらに調べた。これは、TRAPケージBMHが、DTTの存在下における解体に抵抗性であることを示した。対照的に、同じ条件下でのTRAPケージDTMEは、ケージ表面から「剥離した」ように見えるTRAPサブユニットの個別のパッチを有して容易く解体し、最初の環脱離のおよそ3分後に構造全体の開口に結局つながった。TRAPケージDTMEのそのような段階的な解体過程は、はるかにより短い時間尺度でより協調した解体を示すTRAPケージAu(I)とは際立って対照的である。FRETタンパク質pari crogを持するTRAPケージDTMEの会合体(図3)は、還元剤の存在下における解体が反応速度論的に特徴付けされることも可能にする(図4)。
Example 3. Specific cleavage characteristics of molecular cross-linkers used in TRAP cages (Figures 2-4)
Both TRAP-caged DTME and TRAP-caged BMH exhibited similarly high stability in response to elevated temperatures, chaotropic agents, and surfactants. Specifically, they exhibited significant morphological changes after 10 min incubation at 75°C, pH in the range 2-11, up to 4 M GndHCl, up to at least 7 M urea, and 7% SDS. It was not presented. However, TRAP cage DTME is easily disassembled upon the addition of reducing agents tris(2-carboxyethyl)phosphine (TCEP) or dithiothreitol (DTT). In contrast, TRAP cage BMH was unaffected. DTT-dependent disassembly was further investigated at the single-cage level in real time using high-speed atomic force microscopy (HSAFM). This indicated that TRAP-caged BMHs were resistant to disassembly in the presence of DTT. In contrast, TRAP cage DTME under the same conditions disassembles easily with discrete patches of TRAP subunits appearing to "peel off" from the cage surface, and the structure is disassembled approximately 3 min after the first ring detachment. Eventually led to the opening of the whole thing. Such a gradual disassembly process of TRAP-caged DTME is in sharp contrast to TRAP-caged Au(I) , which shows a more coordinated disassembly over a much shorter time scale. The association of TRAP cage DTME with the FRET protein pari crog (Figure 3) also allows the disassembly in the presence of reducing agents to be characterized kinetically (Figure 4).
実施例4.種々の金属を用いたケージ会合
タンパク質発現および精製
TRAP(K35C/R64S)タンパク質を、以前に記載されるように発現させかつ精製した。TRAP(S33H/K35C)およびTRAP(S33H/K35H)タンパク質を、TRAP(K35C/R64S)と同じプロトコールに従って発現させかつ精製したが、すべての緩衝液はpH8.5を有した。
Example 4. Cage-associated protein expression and purification using various metals TRAP (K35C/R64S) protein was expressed and purified as previously described. TRAP(S33H/K35C) and TRAP(S33H/K35H) proteins were expressed and purified following the same protocol as TRAP(K35C/R64S), but all buffers had a pH of 8.5.
タンパク質濃度を、280nmにおける吸光度を測定することによって判定した。 Protein concentration was determined by measuring absorbance at 280 nm.
種々の金属を用いたケージ会合
精製されたTRAP変種(単量体サブユニットについて最終濃度0.1mM)と、適切な緩衝液中4:1~2:1のTRAP単量体:金属イオン比の関連金属の塩:50mM Tris、pH7.9、0.15M NaNO3中AgNO3;50mM Tris、pH7.9、0.15M NaCl中Cd(NO3)2;50mM HEPES、pH7.9、0.15M NaCl中CoCl2またはZnCl2とを混合することによって、TRAPケージの形成を行った。反応物を、典型的に室温で3日間インキュベートした。TRAPケージの形成を、ネイティブPAGEおよびTEMを使用して確認した。任意の沈殿した材料を、12,045gで5分間の遠心分離によって除去した。
Cage Association with Different Metals Purified TRAP variants (0.1 mM final concentration for monomeric subunits) and TRAP monomer:metal ion ratios of 4:1 to 2:1 in appropriate buffers. Salts of related metals: AgNO3 in 50mM Tris, pH 7.9 , 0.15M NaNO3; Cd( NO3 ) 2 in 50mM Tris, pH 7.9, 0.15M NaCl; 50mM HEPES, pH 7.9, 0.15M Formation of TRAP cages was performed by mixing CoCl2 or ZnCl2 in NaCl. Reactions were typically incubated for 3 days at room temperature. TRAP cage formation was confirmed using native PAGE and TEM. Any precipitated material was removed by centrifugation at 12,045g for 5 minutes.
金推進性TRAPケージ[TRAP(K35C/R64S)+Au(I)]
トリプトファンRNA結合減衰タンパク質の二重変異体TRAP(K35C/R64S)は、1価の金イオンとの反応によって中空球体構造に会合し得る。クライオEM単粒子再構築は、結果として生じる22nmのケージが、相対するシステイン間の線形硫黄-Au(I)-硫黄架橋を介して、24個の環状11量体サブユニットから構成されることを明らかにした。
Gold propellant TRAP cage [TRAP (K35C/R64S) + Au (I)]
The tryptophan RNA binding attenuation protein double mutant TRAP (K35C/R64S) can associate into hollow sphere structures by reaction with monovalent gold ions. Cryo-EM single particle reconstruction shows that the resulting 22 nm cage is composed of 24 cyclic 11-mer subunits via linear sulfur-Au(I)-sulfur bridges between opposing cysteines. revealed.
銀およびカドミウム推進性TRAPケージ[TRAP(K35C/R64S)+Ag(I)またはCd(II)]
ケージ形成は、Au(I)以外の他の金属、つまりHg(II)、Ag(I)、Cd(II)によって促進され得、金属推進性ケージ形成が、好ましい2リガンド線形配置を有する水溶性d10金属イオンを要することを示唆する。
Silver and cadmium propelled TRAP cage [TRAP(K35C/R64S) + Ag(I) or Cd(II)]
Cage formation can be promoted by other metals other than Au(I), namely Hg(II), Ag(I), Cd(II), and metal-promoted cage formation is shown in water-soluble compounds with a preferred two-ligand linear configuration. This suggests that d10 metal ions are required.
Ag(I)-TRAPケージは、塩化物イオンの非存在下においてのみ形成されかつ安定なままである。 Ag(I)-TRAP cages form and remain stable only in the absence of chloride ions.
Ag(I)またはCd(II)の添加によって作製されたTRAP(K35C/R64S)ケージは、Au(I)媒介性TRAPケージと同様の移動度を有する、ネイティブPAGE上のバンドを示した(図5a)。ケージ形成を、ネガティブ染色透過型電子顕微鏡法(TEM)によってさらに確認し、直径22~24nmを有する球体中空構造を示した(図5bおよび5c)。これらの結果は、銀およびカドミウム推進性ケージが、Au(I)-TRAPケージと同様の形態学を有する構造を形成する可能性があることを示唆した。 TRAP (K35C/R64S) cages created by addition of Ag(I) or Cd(II) showed bands on native PAGE with similar mobilities as Au(I)-mediated TRAP cages (Fig. 5a). Cage formation was further confirmed by negative stain transmission electron microscopy (TEM), which showed spherical hollow structures with a diameter of 22-24 nm (Figures 5b and 5c). These results suggested that silver and cadmium propelled cages could form structures with similar morphology to Au(I)-TRAP cages.
コバルトおよび亜鉛推進性TRAPケージ[TRAP(S33H/K35C)またはTRAP(S33H/K35H)+Co(II)またはZn(II)]
TRAP金属結合部位は、4面体配位選好を有する金属イオンを標的にするように再操作されている。結晶構造に基づいて、ヒスチジンまたはシステインおよびヒスチジンのペアを、TRAP環の周縁のβ-シート・モチーフのiおよびi+2位に導入し、TRAP(S33H/K35C)およびTRAP(S33H/K35H)を産出し、それにより、個々の単量体単位は、2価の金属を連係させる2つのリガンドを提供する。これらの変種は、Zn(II)およびCo(II)の添加があり次第、ケージ構造に会合した。
Cobalt and zinc propelled TRAP cage [TRAP(S33H/K35C) or TRAP(S33H/K35H) + Co(II) or Zn(II)]
The TRAP metal binding site has been reengineered to target metal ions with a tetrahedral coordination preference. Based on the crystal structure, histidine or cysteine and histidine pairs were introduced at the i and i+2 positions of the β-sheet motif at the periphery of the TRAP ring, yielding TRAP(S33H/K35C) and TRAP(S33H/K35H). , whereby each individual monomeric unit provides two ligands that link the divalent metal. These variants assembled into cage structures upon addition of Zn(II) and Co(II).
ネイティブ電気泳動は、Zn(II)およびCo(II)の両方を有するTRAP(S33H/K35H)が、Au(I)媒介性TRAPケージと同様に遊走することを明らかにした(図5d)。22nm前後の直径を有するケージの形成を、ネガティブ染色透過型電子顕微鏡法(TEM)によって確認し、Au(I)-TRAPケージとのこの構造の類似性を示唆した(図5eおよび5f)。
Native electrophoresis revealed that TRAP with both Zn(II) and Co(II) (S33H/K35H) migrated similarly to the Au(I)-mediated TRAP cage (Fig. 5d). The formation of a cage with a diameter around 22 nm was confirmed by negative stain transmission electron microscopy (TEM), suggesting the similarity of this structure to the Au(I)-TRAP cage (Figures 5e and 5f).
実施例5.光切断性架橋剤を用いて会合したTRAPケージ
材料および方法:
金誘導性TRAPケージを、以前に記載されるように調製した(参照により本明細書によって組み入れられる、Malayら、Nature、2019)。1,3-ジブロモキシレンおよび1,3-ビスブロモメチル-4-ニトロベンゼンを商業的供給業者から購入し、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)中に溶かした。2モル過剰(TRAP単量体に対して)の架橋剤のいずれかを、室温で1時間撹拌しながら、5mM EDTAを含有する50mMリン酸ナトリウム緩衝液、pH7.4中の新たに精製された金誘導性TRAPケージと混合した。次いで、Au(I)を捕捉するために、10mMジチオトレイトール(DTT)を反応に添加した。次いで、サンプルを、Superose 6 Increase 10/300 GLカラム(GE Healthcare)を使用したサイズ排除クロマトグラフィーによって精製した。
Example 5. TRAP cage materials and methods assembled using photocleavable crosslinkers:
Gold-inducible TRAP cages were prepared as previously described (Malay et al., Nature, 2019, herein incorporated by reference). 1,3-Dibromoxylene and 1,3-bisbromomethyl-4-nitrobenzene were purchased from commercial suppliers and dissolved in N,N-dimethylformamide (DMF). A 2 molar excess (relative to TRAP monomer) of either crosslinker was added to the freshly purified solution in 50 mM sodium phosphate buffer, pH 7.4, containing 5 mM EDTA with stirring for 1 h at room temperature. mixed with gold-induced TRAP cages. 10 mM dithiothreitol (DTT) was then added to the reaction to capture Au(I). The sample was then purified by size exclusion chromatography using a Superose 6 Increase 10/300 GL column (GE Healthcare).
フリー・ラジカル種をクエンチする10mMジチオトレイトール(DTT)の存在下で、365-nm波長光を用いてサンプルを変化に富んだ時間曝露することによって、1,3-ビスブロモメチル-4-ニトロ-ベンゼンTRAPケージの光誘導性解体を試験した。ケージ形態学および架橋剤切断過程を、Zetasizer(Malvern)での動的光散乱(DLS)、SDS、ネイティブPAGE、およびTEMを使用してモニターした。 1,3-bisbromomethyl-4-nitron - Light-induced disassembly of benzene TRAP cages was tested. Cage morphology and crosslinker cleavage process were monitored using dynamic light scattering (DLS) on a Zetasizer (Malvern), SDS, native PAGE, and TEM.
結果
第1の試みにおいて、本発明者らは、本発明者らがBMH/DTME架橋剤に対して行ったのと、ケージの会合の同様の方法(TRAP環と過剰の架橋剤とを単純に混合する)を試し、構造における環の正しい配向を制御することの難しさにおそらく起因して、失敗に終わった。
Results In a first attempt, we performed a similar method of cage association as we did for the BMH/DTME crosslinker (simply removing the TRAP ring and excess crosslinker). (mixing) and failed, probably due to the difficulty of controlling the correct orientation of the rings in the structure.
本発明者らは、本発明者らが「鋳型反応」と呼ぶ、ケージにおける環の配向を変化させることなくジブロモ架橋剤が金原子を交換するのを可能にする、単なる環の代わりにあらかじめ会合したAu(I)誘導性TRAPケージを使用する、この難題を克服するための新規な方法を見出した。本発明者らは、この方法の最適化のための基本的なものとして、1,3-ジブロモキシレン(DBX)架橋剤(図6b)をさらに使用した。環間のリンカーとしてAu(I)を所有する金誘導性TRAPケージは、還元条件の存在下で解体する傾向がある(図6a、レーンCT)。本発明者らは、この特性を使用して、同じ条件において解体特性を有しないことに起因して、DBXが、「鋳型反応」の結果としてTRAPケージの構造に組み込まれるかどうかをチェックした。実際、DBXとAu(I)誘導性TRAPケージとの混合およびさらなる精製の後、TRAPケージは、還元条件における解体に抵抗性になり、環間の異なるタイプの連結の存在を提供する。本発明者らは、DLS法によって、獲得されたDBX TRAPケージの構造をさらに特徴付けし(図6c)、それは、DBX TRAPケージのサイズが、高い単分散性を有しておよそ24nmであることを示した。DBX TRAPケージは、Au(I)誘導性TRAPケージよりも2nm大きく、TEMで観察され得るケージ様構造の維持を有して、それらのサイズを広げる、構造における架橋剤の存在も示唆した(図6d)。最後に、本発明者らは、環間のDBX架橋剤の存在を証明するDBX TRAPケージの構造を解いた。結果として生じたケージのクライオEM構造(図6e)は、会合体の他の興味深い特質を明らかにした。実際、Au(I)誘導性ケージの場合のように、本発明者らは、ケージの2種のキラル形態(leavoおよびdextro)を区別し得、それは、金誘導性ケージのキラル特性が理由で驚きではなかった。鋳型ケージ(金誘導性)と結果として生じたもの(DBX含有)との間の目立った違いは、TRAP環の間の接続の数である。Au(I)誘導性ケージの場合、120個の接続が特定されたが(-S-Au-S-架橋)、DBXケージの場合、接続の数はその数の半分まで落ちる。60個のリンカー分子および同じ全体的配置(変形立方体に基づく)は、わずかに異なるTRAP環配向を強いる。Au(I)誘導性ケージおよびDBXケージのワイヤフレーム・モデルは、TRAP環配向の間の違いおよび端から端(Au(I))から頂点から頂点(DBX)への移行を示している(図6f)。 We used pre-assembly instead of just a ring, which allows the dibromo crosslinker to exchange gold atoms without changing the orientation of the ring in the cage, which we term a "templated reaction." We have found a novel method to overcome this challenge using an Au(I)-inducible TRAP cage. We further used 1,3-dibromoxylene (DBX) crosslinker (Fig. 6b) as a basis for optimization of this method. Gold-induced TRAP cages possessing Au(I) as an inter-ring linker tend to disassemble in the presence of reducing conditions (Fig. 6a, lane CT). We used this property to check whether DBX is incorporated into the structure of the TRAP cage as a result of a "templated reaction" due to its lack of disassembly properties in the same conditions. Indeed, after mixing DBX and Au(I)-induced TRAP cages and further purification, the TRAP cages become resistant to disassembly in reducing conditions, providing the presence of different types of linkages between the rings. We further characterized the structure of the obtained DBX TRAP cage by DLS method (Fig. 6c), which showed that the size of the DBX TRAP cage is approximately 24 nm with high monodispersity. showed that. The DBX TRAP cages were 2 nm larger than the Au(I)-induced TRAP cages, with the maintenance of a cage-like structure that could be observed in TEM, also suggesting the presence of cross-linkers in the structure, broadening their size (Fig. 6d). Finally, we solved the structure of the DBX TRAP cage demonstrating the presence of the DBX crosslinker between the rings. The cryo-EM structure of the resulting cage (Fig. 6e) revealed other interesting properties of the aggregate. Indeed, as in the case of the Au(I)-induced cage, we can distinguish between two chiral forms of the cage (leavo and dextro), which are due to the chiral nature of the gold-induced cage. It wasn't a surprise. A notable difference between the template cage (gold-induced) and the resulting one (DBX-containing) is the number of connections between the TRAP rings. For the Au(I)-induced cage, 120 connections were identified (-S-Au-S- bridge), while for the DBX cage, the number of connections drops to half that number. The 60 linker molecules and the same overall geometry (based on a modified cube) impose a slightly different TRAP ring orientation. Wireframe models of the Au(I)-induced cage and the DBX cage show the difference between the TRAP ring orientation and the transition from end-to-end (Au(I)) to apex-to-apex (DBX) (Fig. 6f).
TRAPケージの基本的なジブロモ架橋を用いた好結果を獲得して、本発明者らは、DBXを、構造が非常に似ているが、ニトロ基の存在に起因して、UV(365nm)光照射の後に切断され得る光不安定性架橋剤1,2-ジブロモ-3-ニトロ-ベンゼンと取り替えることに決定した(図6g)。本発明者らは、BBN架橋剤を用いた「鋳型反応」の条件を最適化し、それは、以前に使用されたDBXと同一であることが判明した。SDS PAGEは、共有結合の存在を提供する、「鋳型反応」後のTRAP二量体の明白な出現を示し(図6h)、BBN架橋剤が、以前に使用されたDBXと同様の様式でTRAPケージ構造に組み込まれることを示唆した。TEMにより、およそ24nmの直径を有する単分散TRAPケージの存在が確認された(図6i)。 Obtaining good results with the basic dibromo bridge of the TRAP cage, we developed DBX, which is very similar in structure but is sensitive to UV (365 nm) light due to the presence of the nitro group. It was decided to replace the photolabile crosslinker 1,2-dibromo-3-nitro-benzene, which can be cleaved after irradiation (Figure 6g). We optimized the conditions for the "template reaction" with the BBN crosslinker, which was found to be identical to the previously used DBX. SDS PAGE showed the clear appearance of TRAP dimers after the “templating reaction” (Fig. 6h), providing the presence of covalent bonds, indicating that the BBN cross-linker binds TRAP in a manner similar to the previously used DBX. It was suggested that it would be incorporated into the cage structure. TEM confirmed the presence of monodisperse TRAP cages with a diameter of approximately 24 nm (Fig. 6i).
獲得された光不安定性TRAPケージの潜在性をさらに調べるために、本発明者らは、UV光の下での解体についてそれらの能力を試験した。そのような反応は、反応を可逆的にさせないクエンチャーの存在に依存する。本発明者らは、種々の濃度のクエンチャー(DTT)を試験し、BBN TRAPケージの場合においてもそのような依存性を示した。BBN TRAPケージは、UV光の下でかつ10mM DTTの存在下での解体に成功した(図6j)。本発明者らは、BBN TRAPケージを完全に解体するのにどれくらいの時間がかかるのかも試験した。ネイティブPAGEは、時間内のケージ・バンドの漸進的消失を示し、完全な解体は、UV照射の開始からおよそ2分以内に起こると推定された(図6k)。 To further investigate the potential of the acquired photolabile TRAP cages, we tested their ability for disassembly under UV light. Such reactions depend on the presence of a quencher, which does not make the reaction reversible. We tested various concentrations of quencher (DTT) and showed such dependence also in the case of BBN TRAP cages. BBN TRAP cages were successfully disassembled under UV light and in the presence of 10 mM DTT (Fig. 6j). We also tested how long it takes to completely disassemble a BBN TRAP cage. Native PAGE showed a gradual disappearance of the cage band in time, and complete disassembly was estimated to occur within approximately 2 minutes from the start of UV irradiation (Fig. 6k).
本明細書の説明および特許請求の範囲を通して、「含む(comprise)」および「含有する」という単語ならびにそれらの変形は、「を含む(including)が、それらに限定されない」を意味し、それらは、他の部分、添加物、構成要素、整数、または工程を除外することを意図されない(除外しない)。本明細書の説明および特許請求の範囲を通して、文脈が別様に要しない限り、単数形は複数形を包含する。特に、不定冠詞が使用される場合、文脈が別様に要しない限り、本明細書は、複数性ならびに単一性を企図すると理解されるべきである。 Throughout the description and claims of this specification, the words "comprise" and "containing" and variations thereof mean "including, but not limited to," and which , is not intended to (does not exclude) other parts, additives, components, integers, or steps. Throughout the description and claims of this specification, the singular encompasses the plural unless the context otherwise requires. In particular, when the indefinite article is used, the specification is to be understood to contemplate the plurality as well as the singularity, unless the context requires otherwise.
本発明の特定の態様、実施形態、または実施例と併せて記載される、特質、整数、特徴、化合物、化学的部分、または基は、それを用いて不適合でない限り、本明細書に記載される任意の他の態様、実施形態、または実施例に適用可能であると理解されるべきである。本明細書(任意の添付の特許請求の範囲、要約書、および図面を含む)に開示される特質のすべて、および/またはそのように開示される任意の方法もしくは過程の工程のすべては、そのような特質および/または工程の少なくとも一部が相互排他的である組み合わせを除いて、任意の組み合わせで組み合わされ得る。本発明は、任意の前述の実施形態の詳細に制限されるわけではない。本発明は、本明細書(任意の添付の特許請求の範囲、要約書、および図面を含む)に開示される特質の任意の新規な1つもしくは任意の新規な組み合わせまで、またはそのように開示される任意の方法もしくは過程の工程の任意の新規な1つもしくは任意の新規な組み合わせまで及ぶ。 A feature, integer, feature, compound, chemical moiety, or group that is described in conjunction with a particular aspect, embodiment, or example of the invention is not described herein unless it is incompatible with the use thereof. It should be understood that the invention is applicable to any other aspect, embodiment, or example of the invention. All of the features disclosed in this specification (including any appended claims, abstract, and drawings) and/or all of the steps of any method or process so disclosed may be incorporated herein by reference. At least some of such features and/or steps may be combined in any combination except those combinations that are mutually exclusive. The invention is not limited to the details of any previously described embodiments. The invention extends to any novel single or novel combination of features disclosed in this specification (including any appended claims, abstract, and drawings). It extends to any novel single or novel combination of steps in any method or process.
実施例6.20個の環から作製されるTRAPケージ
材料および方法
発現プラスミドがK35Cの代わりに変異S33Cを有するTRAPタンパク質をコードすることを除いて(変異R64Sも有する)、TRAPタンパク質を上で記載されるように発現させた。Au(I)の供給源とのインキュベーションは、付加的に上で記載されるのと同様であった。結果として生じた形成されたTRAPケージの後続の精製は、上で記載されるのと同様であった。結果として生じたTRAPケージの構造の判定を、上で記載されるのと同様のクライオEMを使用して行った。
Example 6. TRAP Cage Made from 20 Circles Materials and Methods The TRAP protein is as described above, except that the expression plasmid encodes a TRAP protein with the mutation S33C instead of K35C (also has the mutation R64S). It was expressed as follows. Incubation with the source of Au(I) was additionally similar to that described above. Subsequent purification of the resulting formed TRAP cages was similar to that described above. Determination of the structure of the resulting TRAP cage was performed using cryo-EM similar to that described above.
結果
会合したケージの構造分析(図7)は、それが、TRAPK35C変異体を使用した際に見られるケージの場合に見られるものを連想させる架橋密度で接続される20個のTRAPS33C/R64S環から構成されることを明らかにした。このことは、この場合におけるより低い分解能にもかかわらず、近接環の間の接続が、2つの相対するCys残基の間で架橋として作用するAu(I)イオンを用いた以前のTRAPケージに見られるのと同じ金ステープルであるという自信を与える。
Results Structural analysis of the assembled cage (Figure 7) shows that it consists of 20 TRAPS33C/R64S rings connected with a cross-linking density reminiscent of that seen in the case of cages seen when using the TRAPK35C mutant. revealed that it will be configured. This suggests that, despite the lower resolution in this case, the connections between adjacent rings are similar to previous TRAP cages with Au(I) ions acting as bridges between two opposing Cys residues. Gives you confidence that the gold staples are the same as seen.
Claims (40)
(i)還元抵抗性/非感受性分子架橋剤、それによって、ケージは還元条件下で閉じたままである;
(ii)還元応答性/感受性分子架橋剤、それによって、ケージは還元条件下で開く;および
(iii)光活性化可能な分子架橋剤、それによって、ケージは光に曝露されると開く
を含む群から選択される、請求項1に記載のケージ。 The specific cleavage characteristics of molecular crosslinkers are
(i) reduction-resistant/insensitive molecular crosslinkers, whereby the cage remains closed under reducing conditions;
(ii) a reduction-responsive/sensitive molecular cross-linker, whereby the cage opens under reducing conditions; and (iii) a photoactivatable molecular cross-linker, whereby the cage opens upon exposure to light. The cage of claim 1 selected from the group.
(ii)架橋剤がその特異的な特徴に対して選択される、プログラム可能な分子架橋剤との少なくとも1つの遊離チオール連結を介したTRAP環単位のコンジュゲーション;
(iii)TRAPケージの形成;ならびに
(iv)TRAPケージの精製および単離
を含む、人工TRAPケージを調製する方法。 (i) obtaining the TRAP ring unit by expression of the TRAP ring unit in a suitable expression system and purification of said unit from the expression system;
(ii) conjugation of the TRAP ring unit via at least one free thiol linkage with a programmable molecular crosslinker, where the crosslinker is selected for its specific characteristics;
(iii) formation of the TRAP cage; and (iv) purification and isolation of the TRAP cage.
(i)還元抵抗性/非感受性リンカー、それによって、ケージは還元条件下で閉じたままである;
(ii)還元応答性/感受性リンカー、それによって、ケージは還元条件下で開く;および
(iii)光活性化可能なリンカー、それによって、ケージは光に曝露されると開く
を含む群から選択される、請求項34に記載の方法。 Programmable crosslinker
(i) a reduction-resistant/insensitive linker, whereby the cage remains closed under reducing conditions;
(ii) a reduction-responsive/sensitive linker, whereby the cage opens under reducing conditions; and (iii) a light-activatable linker, whereby the cage opens upon exposure to light. 35. The method of claim 34.
(ii)架橋剤がその特異的な特徴に対して選択される、金属架橋剤との少なくとも1つの遊離チオール連結を介したTRAP環単位のコンジュゲーション;
(iii)TRAPケージの形成;ならびに
(iv)TRAPケージの精製および単離
を含む、人工TRAPケージを調製する方法であって、金属は、Ag(I)、Cd(II)、Zn(II)、およびCo(II)を含む群から選択される、方法。 (i) obtaining the TRAP ring unit by expression of the TRAP ring unit in a suitable expression system and purification of said unit from the expression system;
(ii) conjugation of the TRAP ring unit via at least one free thiol linkage with a metal crosslinker, where the crosslinker is selected for its specific characteristics;
(iii) formation of the TRAP cage; and (iv) purification and isolation of the TRAP cage, wherein the metal is Ag(I), Cd(II), Zn(II). , and Co(II).
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